DE102022115627A1 - Steuersystem, Verfahren zum Steuern eines Thermometermanagementsystems eines Fahrzeugs, computerlesbares-Speichermedium und Fahrzeug - Google Patents

Steuersystem, Verfahren zum Steuern eines Thermometermanagementsystems eines Fahrzeugs, computerlesbares-Speichermedium und Fahrzeug Download PDF

Info

Publication number
DE102022115627A1
DE102022115627A1 DE102022115627.3A DE102022115627A DE102022115627A1 DE 102022115627 A1 DE102022115627 A1 DE 102022115627A1 DE 102022115627 A DE102022115627 A DE 102022115627A DE 102022115627 A1 DE102022115627 A1 DE 102022115627A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
target
refrigerant
evaporator
mass flow
designed
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
DE102022115627.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Christian Zimmer
Michael Reiser
Christian Maier
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.)
Htm Automotive GmbH
Original Assignee
Htm Automotive GmbH
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 Htm Automotive GmbH filed Critical Htm Automotive GmbH
Priority to DE102022115627.3A priority Critical patent/DE102022115627A1/de
Publication of DE102022115627A1 publication Critical patent/DE102022115627A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B60H1/00921—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant does not change and there is an extra subcondenser, e.g. in an air duct
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B6/00—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
    • F25B6/04—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in series
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00928—Control 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 a secondary circuit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00942—Control 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 a plurality of heat exchangers, e.g. for multi zone heating or cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0403—Refrigeration circuit bypassing means for the condenser
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0409—Refrigeration circuit bypassing means for the evaporator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

Das Thermomanagement von Fahrzeugen ist vor dem Hintergrund einer fortschreitenden Elektrifizierung nicht ausreichend gelöst. Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, das Thermomanagement eines Fahrzeugs zu verbessern.Gelöst wird das Problem durch ein Steuersystem (100) für ein Thermomanagementsystem (10) eines Fahrzeugs (1), Folgendes aufweisend:• eine Bestimmungseinheit (101), die dazu ausgebildet ist, einen notwendigen Kühl- und/oder Heizleistungsbedarf (104, 105) für mindestens eine soll-Austrittstemperatur (107) an mindestens einem Wärmeübertrager (110), sowie eine aktuelle Wärmequellenleistung (106) zu bestimmen;• eine Recheneinheit (102), die dazu ausgebildet ist, mindestens einen Ziel-Kältemittelmassenstrom (108) unter Berücksichtigung des Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs (104, 105) und der aktuellen Wärmequellenleistung (106) zu bestimmen;eine Steuereinheit (103), die dazu ausgebildet ist mindestsens einen Kältemittelverdichter (11), auf den berechneten Ziel-Kältemittelmassenstrom (108) zu steuern.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für ein Thermomanagementsystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, ein Verfahren zum Steuern eines Thermometermanagementsystems eines Fahrzeugs, insbesondere eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, ein computerlesbares-Speichermedium und ein Fahrzeug.
  • Die Klimatisierung von Fahrzeugen, insbesondere des Innenraums, ist ein wichtiger Bestandteil des Fahrzeugdesigns sowie ein gewichtiges Kaufkriterium für Kunden. Im Stand der Technik werden hierzu Heizsysteme sowie Klimageräte eingesetzt. Bei konventionellen Systemen erfolgt das Heizen des Innenraums über die Abwärme des Verbrennungsmotors bzw. in Kaltstartsituationen unter Umständen auch über Zuheizsysteme. Der Heizkreis und Kältekreis sind dabei üblicherweise zwei komplett getrennte Systeme. Der Kältekreis besitzt im Stand der Technik eine regelbare Komponente, nämlich einen Kältemittelverdichter. Heizenergie liegt üblicherweise in Form von Prozessabwärme aus dem Verbrennungsmotor vor.
  • Moderne Thermomanagementsysteme von zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugen nutzen Wärmepumpen zum Heizen als auch zum Kühlen des Fahrzeuginnenraums sowie einer verwendeten Batterie, zum Beispiel einer Hochvoltbatterie.
  • Bei derartigen Wärmepumpensystemen wird ein Kältemittelkreislauf - auch als ein Kältekreis bezeichnet - nicht nur zum Kühlen des Fahrzeuginnenraums genutzt, sondern auch zum Heizen. Hierfür wird bei kältemittelgeführten Systemen neben einem luftseitigen Verdampfer auch ein luftseitiger Heizkondensator im Klimagerät verbaut. Darüber hinaus muss neben dem Innenraum auch eine Temperierung der verbauten Batterien sichergestellt werden.
  • Somit ergeben sich Systeme, die einen Chiller, einen Verdampfer, einen Kältemittelverdichter, einen Heizkondensator, einen Umgebungsluftwärmeübertrager, z.B. einen Kondensator oder Verdampfer, und entsprechende Expansionsventile sowie eine Reihe von Absperrventilen umfassen. Durch die Verwendung der Absperrventile und einer entsprechenden Ansteuerung können unterschiedliche Funktionsmodi eingestellt werden, zum Beispiel ein Kühlmodus, ein Heizmodus oder einen Entfeuchtungsmodus. Solche Systeme und deren Funktionsweise sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt.
  • Diese Systeme ersetzen konventionelle Kältekreise für die reine Innenraumklimatisierung. In derartigen Systemen mit Wärmepumpenfunktion wird die effiziente Nutzung vorhandener Wärmeressourcen und (elektrischer) Energie somit immer wichtiger. Neben dem effizienten Einsatz vorhandener Ressourcen sind die Anforderungen an Klima- und Heizsysteme zusätzlich gestiegen. So sind die Hardwarekomponenten von Thermomanagementsystem, zum Beispiel Kältemittelverdichter, Expansionsventile, Absperr- und Umschaltventile oder Wasserpumpen, ebenfalls elektrifiziert, was eine effiziente Steuer- und Regelstrategie über den gesamten Einsatzbereich ermöglicht und auch erforderlich macht.
  • Des Weiteren soll in modernen Fahrzeugen die Anzahl der notwendigen Steuergeräte drastisch reduziert werden. Wurde in der Vergangenheit für eine einzelne Komponente ein eigenes Steuergerät vorgesehen, so ist es aus Kosten- und Komplexitätsgründen nunmehr notwendig, komplexe Aufgaben über wenige Steuergeräte bereitzustellen, die dazu ausgebildet sind, mit einer Vielzahl von Systemkomponenten zu interagieren.
  • Ferner sind Kältekreis- und Kühlkreissysteme in modernen Fahrzeugen hochgradig miteinander vernetzt, wobei sich diese unterschiedlichen Zielsetzungen gegeneinander beeinflussen und somit hochkomplexe Regelungsstrategien benötigen.
  • Durch die Komplexität der Interaktion der unterschiedlichen Fahrzeugkomponenten ist es des Weiteren notwendig, die Steuer und Regelung entsprechender Thermomanagementsysteme wiederverwendbar auszugestalten, d.h. dass einzelne Teilsysteme und / oder Systemkomponenten in unterschiedlichen Fahrzeugen und Regelungskonzepten eingesetzt werden können. Dabei ist es wünschenswert, wenn der Austausch einzelner Komponenten vereinfacht ist.
  • Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, das Thermomanagement eines Fahrzeugs zu verbessern. Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, vorhandene Ressourcen, zum Beispiel Wärmeressourcen oder Energieressourcen, effizient zu nutzen. Es ist weiter insbesondere Aufgabe der Erfindung, eine erhöhte Wiederverwendbarkeit einer Steuerung bzw. einer Regelung eines Thermomanagementsystems in unterschiedlichen Fahrzeugen zu ermöglichen. Es ist weiter insbesondere Aufgabe der Erfindung, den einfachen Austausch einzelner Hardwarekomponenten zu ermöglichen, ggf. auch gegen andere Produkte desselben Komponententyps, ohne dass die Steuerung bzw. Regelung geändert werden muss.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Steuersystem für ein Thermomanagementsystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, Folgendes aufweisend:
    • • eine Bestimmungseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen notwendigen Kühl- und/oder Heizleistungsbedarf für mindestens eine soll-Austrittstemperatur an mindestens einem Wärmeübertrager, z.B. einem Verdampfer und/oder einem Kondensator, sowie eine aktuelle Wärmequellenleistung zu bestimmen;
    • • eine Recheneinheit, die dazu ausgebildet ist, mindestens einen Ziel-Kältemittelmassenstrom unter Berücksichtigung des Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs und der aktuellen Wärmequellenleistung zu bestimmen;
    • • eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, mindestsens einen Kältemittelverdichter, insbesondere einen frei ansteuerbaren Kältemittelverdichter, z.B. einen elektrisch oder hydraulisch ansteuerbaren Kältemittelverdichter, auf den berechneten Ziel-Kältemittelmassenstrom zu steuern.
  • Ein Kern der Erfindung besteht darin, eine leistungsgeführte Steuerung / Regelung bereitzustellen. Dabei werden zunächst die aktuell zur Verfügung stehenden Wärmequellenleistungen bestimmt. Unter Verwendung der jeweiligen Wärmequellenleistung, die zur Verfügung steht, sowie eines Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs wird ein Ziel-Kältemittelmassenstrom bestimmt. Ein Kältemittelverdichter wird nun auf den Ziel-Kältemittelmassenstrom vorgesteuert. Wichtig ist demnach, dass die relevante Steuergröße der Kältemittelmassenstrom ist und nicht eine technische Größe wie z.B. eine Austrittstemperatur an einem Wärmeübertrager. Ein aktueller Kältemittelmassenstrom muss dabei nicht durch einen Sensor gemessen werden. Stattdessen kann eine indirekte Betrachtung vorgenommen werden, z.B. über ein Temperaturdelta an dem mindestens einen Wärmeübertrager zwischen Eintritts- und Austrittstemperatur, das wiederum in eine Leistungsanforderung umgerechnet werden kann. Diese Leistungsanforderung kann dann den Ziel-Kältemittelmassenstrom angeben, bzw. die Recheneinheit kann dazu ausgebildet sein, eine entsprechende Umrechnung vorzunehmen. Dieser leistungsbasierte Ansatz hat eine Reihe von Vorteilen.
  • Durch das vorstehend beschriebene System wird eine Möglichkeit eröffnet, unabhängig von konkreten Komponenten, die in einem entsprechenden Fahrzeug zum Einsatz kommen, den notwendigen Heiz- bzw. Kühlleistungsbedarf zu decken. Ferner wird es ermöglicht, einen ganzheitlichen Ansatz zu verfolgen, bei dem alle relevanten Randbedingungen und Parameter für das Thermomanagement berücksichtigt werden. Darüber hinaus kann durch das Betrachten der Kältemittelmassenströme und der Leistungsanforderungen schneller auf Änderungen der Anforderungen reagiert werden, da nicht erst auf eine Temperaturänderung gewartet werden muss.
  • Die Soll-Austrittstemperatur kann sekundärseitig oder primärseitig angegeben sein. Die Primärseite eines Wärmeübertragers kann die Seite angeben, über die Kältemittel geführt wird und die Sekundärseite kann die Seite angeben, über die das zu kühlende Medium geführt wird, z.B. Luft oder Kühlwasser.
  • Besonders vorteilhaft ist, wenn die Soll-Austrittstemperatur eine Austrittstemperatur an der Sekundärseite angibt. Die Soll-Austrittstemperatur kann durch externe Komponenten vorgegeben werden, z.B. durch eine Klimasteuerung eines Fahrzeugs, das eine Benutzeranforderung für eine Innenraumtemperatur entgegennimmt und daraus eine Soll-Austrittstemperatur an einem Verdampfer oder Heizkondensator bestimmt. Es ist auch denkbar, dass die soll-Austrittstemperatur mit einer soll-Temperatur einer zu kühlenden oder zu heizenden Batterie korrespondiert.
  • Es ist ferner denkbar, dass die mindestens eine Soll-Austrittstemperatur eine Vielzahl von soll-Temperaturen angeben kann, z.B. eine Soll-Austrittstemperatur für jede oder eine Teilmenge der Wärmeübertrager in dem Thermomanagementsystem. Dazu kann die mindestens eine Soll-Austrittstemperatur z.B. als ein Vektor oder eine beliebige andere mehrdimensionale Datenstruktur ausgebildet sein.
  • Der mindestens eine Wärmeübertrager wird auch als Wärmetauscher bezeichnet.
  • In einer Ausführungsform kann die Recheneinheit ferner dazu ausgebildet sein, mindestens zwei Ziel-Kältemittelteilmassenströme zu bestimmen und unter Berücksichtigung des Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs und der mindestens zwei Ziel-Kältemittelteilmassenströme einen Ziel-Gesamtkältemittelmassenstrom als den mindestens einen Ziel-Kältemittelmassenstrom zu bestimmen.
  • Mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird möglich gemacht, neben sogenannten Single-Betriebsmodi auch mehrere Dual-Betriebsmodi bereitzustellen. Zum Beispiel können neben einem reinen Heizen oder Kühlen auch eine beliebige Kombination solcher Betriebsmodi bereitgestellt werden z.B. Heizen eines Fahrzeuginnenraums und Kühlen einer Batterie, insbesondere zeitgleich. Dafür können mindestens zwei Ziel-Kältemittelteilmassenströme bestimmt werden, unter deren Berücksichtigung ein Ziel-Gesamtkältemittelmassenstrom als der Ziel-Kältemittelmassenstrom bestimmt wird. Je nach Komplexität des Systems können selbstverständlich in weiteren Ausführungsformen auch drei, vier, fünf oder eine beliebige Anzahl weiterer Ziel-Kältemittelteilmassenströme bestimmt werden, die dann den Ziel-Gesamtkältemittelmassenstrom bilden können. In einer besonderes bevorzugten Ausführungsform werden 2oder 3 Ziel-Kältemittelteilmassenströme bestimmt.
  • In einer Ausführungsform kann das Bestimmen des mindestens einen Ziel-Kältemittelmassenstroms ein Umrechnen des Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs in einen durch den mindestens einen Kältemittelverdichter bereitzustellenden Kältemittelmassenstrom, d.h. dem Ziel-Kältemittelmassenstrom, zur Erfüllung des Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs umfassen.
  • Die vorstehend beschriebene Ausführungsform bietet eine einfache Möglichkeit, den bereitzustellenden Kältemittelmassenstrom, d.h. den Ziel-Kältemittelmassenstrom, zu bestimmen. So ist es denkbar, über eine sog. „Look-up-Table“ (LUT) oder eine mathematische Funktion, eine Abbildung von Heizleistungsbedarf zu Kältemittelmassenstrom des Kältemittelverdichters zu definieren.
  • In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, den Kältemittelverdichter bezüglich des Ziel-Kältemittelmassenstroms zu steuern. In anderen Worten, die Steuereinheit kann dazu ausgebildet sein, den bestimmten bereitzustellenden Kältemittelmassenstrom mittels des Kältemittelverdichters einzustellen.
  • In einer Ausführungsform kann der mindestens eine Wärmeübertrager, der Kältemittelverdichter und/oder mindestens ein Ventil, insbesondere ein Expansionsventil, mittels einer Bauteilbeschreibung angegeben sein, wobei eine Bauteilbeschreibung insbesondere ein physikalisches Verhalten einer Komponente angeben kann, z.B. des Kältemittelverdichters, des Wärmeübertragers und/oder des mindestens einen Ventils, und wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet sein kann, die Bauteilbeschreibung bei der Steuerung des mindestsens einen Kältemittelverdichters, einer Steuerung des mindestens einen Wärmeübertragers und/oder des mindestens einen Ventils zu verwenden. Es ist eine Ausführungsform denkbar, bei der eine oder jede Komponente des Thermomanagementsystems über eine Bauteilbeschreibung beschrieben ist. Auch ist denkbar, dass nur eine Teilmenge der Komponenten des Thermomanagementsystems mittels einer Bauteilbeschreibung angegeben sind.
  • Mit dem Steuersystem ist es somit möglich, die durch das Thermomanagementsystem verwendeten bzw. angesteuerten Komponenten durch eine Bauteilbeschreibung näher zu beschreiben. Durch die Verwendung einer entsprechenden Bauteilbeschreibung wird eine Vielzahl von Zielen erreicht. Zum einen wird es möglich gemacht, eine Abstraktion der tatsächlich verwendeten Komponenten bereitzustellen, sodass die verwendeten Komponenten einfach gegen andere Komponente getauscht werden können, ohne dass eine Steuer- bzw. Regelungsstrategie verändert oder angepasst werden muss, d.h. es muss lediglich die Bauteilbeschreibung getauscht bzw. angepasst werden. Ferner können durch eine Bauteilbeschreibung die technischen Limitierungen der beschriebenen Komponente angegeben sein, die bei der Steuerung und/oder Regelung des Systems bzw. der entsprechenden Komponenten berücksichtigt werden sollten.
  • Eine Bauteilbeschreibung kann das physikalische Verhalten der beschriebenen Komponente angeben, z.B. ein Massenstromförderverhalten, eine Leistungsaufnahme in Abhängigkeit der Kälte- und/oder Heizleistung, eine maximal bzw. Minimaldrehzahl, eine Ansteuersignalskalierung (Drehzahl zu Prozentwert), ein Hystereseverhalten, Anlauf- und Ausschaltlimitierungen, ein Notlaufverhalten und/oder eine Not-aus-Funktion. Darüber hinaus kann durch die Bauteilbeschreibung eine Abbildung von einem Temperaturdelta zwischen Soll-Temperatur (Austrittstemperatur) und Ist-Temperatur (Eintrittstemperatur) an dem mindestens einen Wärmeübertrager zu einem Volumenstrom auf einer Luft- oder Wasserseite angegeben sein. Die Recheneinrichtung kann dann dazu ausgebildet sein, den Volumenstrom in einen Massenstrom umzurechnen, z.B. einen Kältemittelmassenstrom, der dazu verwendet werden kann, die Steuerung bzw. Regelung auf den Soll-Kältemittelmassenstrom zu implementieren.
  • So kann zum Beispiel ferner über eine Bauteilbeschreibung eines Kältemittelverdichters eine Abbildung von Kältemittelmassenstrom und Kältemittelsaugdruck oder Saugdichte, d.h. die Dichte des angesaugten Kältemittels, zu einer Verdichterdrehzahl angegeben sein.
  • Die Bauteilbeschreibung kann in einer Ausführungsform somit als eine Softwarekomponente ausgestaltet sein, zum Beispiel als eine bestimmte Datenstruktur, wie z.B. eine Look-Up-Table. Es ist auch denkbar, dass die Bauteilbeschreibung als Teil einer Datenbankstruktur gespeichert ist. In einer Ausführungsform ist es weiter denkbar, dass die Bauteilbeschreibung durch eine Vielzahl unterschiedlicher Datenstrukturen angegeben ist. Zum Beispiel kann ein Teil der Bauteilbeschreibung als eine „Look-Up-Table“ (LUT) oder eine ähnliche Datenstruktur ausgestaltet sein, wobei ein zweiter Teil der Bauteilbeschreibung eine Schnittstelle bereitstellen kann, mittels derer die durch die Bauteilbeschreibung angegebene Komponente angesteuert werden kann. In einer besonders effizienten Ausführungsform kann die Bauteilbeschreibung zumindest teilweise als eine HashTable ausgebildet sein. HashTables haben eine durchschnittliche Zugriffskomplexität von O(1), sodass gespeicherte Werte sehr schnell abgefragt werden können.
  • Die Steuereinheit kann in einer Ausführungsform dazu ausgebildet sein, eine Bauteilbeschreibung zur Steuerung des Kältemittelmassenstroms mittels des mindestens einen Kältemittelverdichters zu verwenden. Vorzugsweise kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, eine Drehzahl des Kältemittelverdichters unter Verwendung der Bauteilbeschreibung und des Ziel-Kältemittelmassenstroms zu bestimmen. Die Bauteilbeschreibung kann in dieser Ausführungsform dazu ausgebildet sein, für den Soll-Kältemittelmassenstrom eine Verdichterdrehzahl anzugeben, die zur Steuerung des Kältemittelverdichters verwendet werden kann. Optional kann auch mehr als ein Parameter bei der Bestimmung der Verdichterdrehzahl berücksichtigt werden, z.B. Ziel-Kältemittelmassenstrom und Kältemittelsaugdruck.
  • Darüber hinaus wird es möglich gemacht, Schnittstellen der verwendeten Komponenten zu standardisieren. So kann durch die Bauteilbeschreibung eine Schnittstellenbeschreibung angegeben sein, über die die entsprechenden Komponenten angesteuert werden können, die durch die Bauteilbeschreibung angegeben sein können.
  • Des Weiteren ist es bei weiteren Ausführungsformen denkbar, dass die Bauteilbeschreibung das Verhalten mehrerer Komponenten in ihren Wirkzusammenhängen beschreibt. So kann eine komplexe Funktionalität unterschiedlicher Komponenten, die miteinander verschaltet sind, beschrieben werden. Es ist also nicht notwendig, dass eine Bauteilbeschreibung nur eine einzelne (Hardware-) Komponente beschreibt. Vielmehr ist es denkbar, dass eine Bauteilbeschreibung das Verhalten mehrerer miteinander interagierender technischer Komponenten beschreibt, die zusammen eine Funktion innerhalb des Thermomanagementsystem bereitstellen können, z.B. einen Wärmeübertrager in Kombination mit einem Expansionsventil und der zugehörigen Sensorik.
  • Das Verwenden einer Bauteilbeschreibung führt somit zu einer einfachen Austauschbarkeit von Komponenten, ohne dass die Regelung bzw. Steuerung angepasst werden muss. Lediglich die Bauteilbeschreibung muss im Falle eines Austauschs von Komponenten entsprechend der verwendeten Komponenten angepasst werden, sofern die neue Komponente von der bisher verwendeten Komponente abweicht.
  • In einer Ausführungsform kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, den Ziel-Kältemittelmassenstrom, den Ziel-Gesamtkältemittelmassenstrom und/oder die Ziel-Kältemittelteilmassenströme unter Verwendung mindestens einer Bauteilbeschreibung zu bestimmen, insbesondere der Bauteilbeschreibung des Kältemittelverdichters und/oder der Expansionsventile.
  • Die Bauteilbeschreibung kann nun von der Recheneinheit dazu verwendet werden, in einer Ausführungsform einen Kältemittelmassenstrom zu bestimmen, zum Beispiel den Ziel-Kältemittelmassenstrom, den Ziel-Gesamtkältemittelmassenstrom und/oder die Ziel-Kältemittelteilmassenströme. Somit wird eine effiziente Bestimmung der Kältemittelmassenströme angegeben. Insbesondere ist es durch die Verwendung der Bauteilbeschreibung nicht notwendig, die Steuer- und Regelalgorithmen zur Bestimmung der Kältemittelmassenströme beim Austausch einzelner Komponenten zu verändern.
  • In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, durch Schalten mindestens eines Ventils zwischen einem Kühlbetriebsmodus, einem Heizbetriebsmodus und/oder einem Entfeuchtungsbetriebsmodus umzuschalten.
  • Die Steuereinheit kann mit unterschiedlichen Komponenten in kommunikativer Verbindung stehen. So ist es denkbar, dass die Steuereinheit Ventile in einem Regelsystem, zum Beispiel dem Thermomanagementsystem, schalten kann, die miteinander in Fluidverbindung stehen. Durch das Ansteuern der Ventile kann zwischen unterschiedlichsten Betriebsmodi umgeschaltet werden. So können die Ventile derart im Thermomanagementsystem angeordnet sein, dass durch Schalten der Ventile Fluidströme, insbesondere von Kältemittel, umgeleitet werden. Bei den Ventilen kann es sich z.B. um reine Absperrventile oder um Mehr-Wegeventile handeln. Vorzugsweise wird durch das Schalten des mindestens einen Ventils ein Massenstrom von Kältemittel zwischen einem Verdampfer, einem Chiller, einem Heizkondensator und/oder einem Umgebungsluftwärmeübertrager, z.B. einem Kondensator gesteuert.
  • In einer Ausführungsform kann der mindestens eine Wärmeübertrager als ein stromaufwärts von dem Kältemittelverdichter angeordneter Chiller ausgebildet sein, wobei die Soll-Austrittstemperatur als eine Kühlwasseraustrittstemperatur am Chiller ausgebildet sein kann.
  • Ein Chiller, d.h. ein Kühlwasser-Kältemittel-Wärmetauscher, kann als eine Vorrichtung ausgebildet sein, die dazu ausgebildet sein kann, eine bzw. die Kühlung unterhalb einer Umgebungstemperatur bereitzustellen. Ein Chiller ist in einer Ausführungsform als ein Wärmeübertrager ausgebildet, der auf der Primärseite mit Kältemittel und auf der Sekundärseite mit Kühlwasser durchströmt wird. Dadurch kommt es zu einer direkten Kopplung des Kältekreises und des Kühlkreises. Mit dem Chiller kann somit „aktiv“ das Kühlwasser eines Kühlkreises, z.B. des Batteriekreises, durch den Kältekreis gekühlt werden. Somit ist ein Abkühlen des Kühlwassers auch unterhalb der aktuell herrschenden Umgebungstemperatur möglich.
  • Der Chiller kann insbesondere zur Kühlung einer Hochvoltbatterie ausgebildet sein. Dabei kann die Soll-Austrittstemperatur angeben, wie stark die Hochvoltbatterie gekühlt werden muss, um einen optimalen Arbeitspunkt zu erreichen. Mit der vorstehend beschrieben Ausführungsform kann somit das optimale Arbeiten einer Hochvoltbatterie sichergestellt werden.
  • In einer Ausführungsform kann der mindestens eine Wärmeübertrager als ein stromaufwärts von dem Kältemittelverdichter angeordneter Verdampfer ausgebildet sein, wobei die Soll-Austrittstemperatur eine Luftaustrittstemperatur am Verdampfer angeben kann.
  • Ein Verdampfer kann dazu ausgebildet sein, Kältemittel zu verdampfen, sodass über eine Oberfläche des Verdampfers ein Luftstrom (Umgebungsluft) gekühlt wird, der über den Verdampfer geführt wird. Mit dem Verdampfer kann zum Beispiel der Innenraum eines Fahrzeugs effizient gekühlt werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, eine Eintritts- und Austrittsenthalpie am Verdampfer und/oder Chiller, insbesondere auf einer Primärseite und/oder Sekundärseite, z.B. einer Kältemittelseite, Kühlwasserseite und/oder Luftseite, des Verdampfers und/oder Chillers, und den Ziel-Kältemittelteilmassenstrom für den Chiller bzw. Verdampfer unter Verwendung der Differenz aus entsprechender Eintritts- und Austrittsenthalpie zu bestimmen.
  • Wie bekannt ist, gibt die Enthalpie ein Maß für die Energie eines thermodynamischen Systems an. Durch das Bestimmen der Eintritts- und Austrittsenthalpie am Wärmeübertrager, zum Beispiel am Verdampfer und/oder Chiller, kann der Ziel-Kältemittelteilmassenstrom, der notwendig ist, um die entsprechende Kühl- bzw. Heizleistung zu erreichen, für die entsprechende Komponente bestimmt werden.
  • Das Bestimmen der Eintritts- und/oder Austrittsenthalpie kann durch eine Schätzung ausgeführt werden. In einer Ausführungsform kann die Enthalpie des Kältemittels am Eintritt des Verdampfers über den herrschenden Druck vor einem zugeordneten Expansionsventil, der z.B. über einen Drucksensor bestimmt werden kann, und eine angenommene bzw. durch mindestens einen Sensor gemessene Unterkühlung am Eintritt des Expansionsventils bestimmt werden. Die Enthalpie am Eintritt kann dann durch eine Kennlinie angegeben sein, die z.B. durch eine Bauteilbeschreibung bereitgestellt sein kann, wobei der Druck und die angenommene Unterkühlung Eingabeparameter darstellen und die Enthalpie die Ausgabe darstellen kann.
  • In einer Ausführungsform kann die Enthalpie des Kältemittels am Austritt des Verdampfers über den dort herrschenden Druck der z.B. über mindestens einen Drucksensor bestimmt bzw. gemessen werden kann, und eine Ziel- bzw. eine Ist-Überhitzung am Austritt des Verdampfers bestimmt werden, die ebenfalls unter Verwendung von mindestens einem Sensor bestimmt werden kann. Zur Bestimmung der Enthalpie kann eine Kennlinie bereitgestellt werden, die vorzugsweise durch eine Bauteilbeschreibung angegeben sein kann, wobei der Druck und die Zielüberhitzung Parameter zur Abfrage der Enthalpie angeben können.
  • Die Enthalpie des Kältemittels am Eintritt des Chillers kann in einer Ausführungsform durch die Enthalpie eines Kältemittels am Eintritt des Verdampfers angegeben sein. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn Chiller und Verdampfer parallel angeordnet sind, d.h. es herrscht dieselbe Enthalpie am Eintritt des Chillers und am Eintritt des Verdampfers. Die Enthalpie des Kältemittels am Austritt des Chillers kann in einer Ausführungsform über den Druck und die Kältemittelaustrittstemperatur am Chiller über eine Kennlinie, z.B. einer LUT, bestimmt werden, z.B. durch die Recheneinheit. Die Enthalpie kann in einer Ausführungsform daher wieder über eine Bauteilbeschreibung des Chillers angegeben sein.
  • Die Bestimmung kann eine Prädiktion der Enthalpiedifferenz am Eintritt und Austritt der unterschiedlichen Wärmeübertrager umfassen, sodass durch die Bestimmung eine effiziente Möglichkeit bereitgestellt wird, die Ziel-Kältemittelteilmassenströme zu bestimmen.
  • In einer Ausführungsform kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, einen ersten Ziel-Kältemittelteilmassenstrom für den Verdampfer und einen zweiten Ziel-Kältemittelteilmassenstrom für den Chiller zu bestimmen und den Ziel-Gesamtkältemittelmassenstrom als Summe der Ziel-Kältemittelteilmassenströme zu bestimmen.
  • Der Ziel-Gesamtkältemittelmassenstrom kann als Summe der Ziel-Kältemittelteilmassenströme bestimmt werden. Somit ist es möglich, einen leistungsbasierten Regler für den Kältemittelverdichter bereitzustellen, um so eine effiziente Thermomanagementsteuerung bzw. Regelung für ein Fahrzeug bereitzustellen. Die Ziel-Kältemittelteilmassenströme können in einer Ausführungsform durch Leistungsanforderungen des mindestens einen Wärmeübertragers angegeben sein. Das bedeutet, der mindestens eine Wärmeübertrager, z.B. der Chiller, der Verdampfer und/oder der Umgebungsluftwärmeübertrager, kann angeben, welcher Ziel-Kältemitteilteilmassenstrom notwendig ist, um die notwendige Leistung bereitzustellen.
  • In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet sein, mindestens ein erstes Ventil, insbesondere ein Expansionsventil, auf den mindestens einen Ziel-Kältemittelmassenstrom und/oder auf mindestens einen der zwei Ziel-Kältemittelteilmassenströme anzusteuern, wobei das Ansteuern auf mindestens einen der zwei Ziel-Kältemittelteilmassenströme ein Steuern einer Massenstromverteilung zwischen mindestens zwei Wärmeübertragern, z.B. zwischen dem Verdampfer und dem Chiller, umfassen kann.
  • Durch das Ventil kann der Kältemittelmassenstrom zwischen einzelnen Komponenten des Thermomanagementsystems gesteuert werden, insbesondere zwischen verschiedenen Wärmeübertragern, z.B. Chiller und Verdampfer. Durch das Steuern des Massenstroms kann die bereitgestellte Kühl- bzw. Heizleistung genauer eingestellt werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, ein zweites bezüglich des Verdampfers, insbesondere primärseitig, d.h. kältemittelseitig, stromaufwärts, vorzugsweise unmittelbar stromaufwärts, angeordnetes Ventil, insbesondere eines Expansionsventils, auf einen Sollüberhitzungswert nach dem Verdampfer zu steuern, der eine Soll-Überhitzung nach dem Verdampfer angeben kann, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet sein kann, den Ziel-Kältemittelmassenstrom unter Verwendung einer Überhitzung nach dem Verdampfer zu steuern und gegebenenfalls nachzuregeln.
  • Die Überhitzung kann in einer Ausführungsform durch die Differenz aus einer an einem Fühler oder Sensor am Austritt des Wärmeübertrages, z.B. eines Verdampfers und/oder Chillers, gemessenen Temperatur und einer Verdampfungstemperatur des durchgeleiteten Fluids, z.B. des Kältemittels, bestimmt werden. Die Verdampfungstemperatur kann beispielsweise über einen Druck am Austritt des Wärmeübertrages, z.B. eines Verdampfers und/oder Chillers, ermittelt werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Bestimmungseinheit ferner dazu ausgebildet sein, mindestens einen Leistungsaufschlag aus der soll-Austrittstemperatur für den Chiller und/oder Verdampfer zu bestimmen, wobei die Bestimmungseinheit ferner dazu ausgebildet sein kann, den mindestens einen Leistungsaufschlag bei einer Regelung des Verdampfers und/oder Chillers zu berücksichtigen. Bei der Bestimmung kann auch eine Abweichung der soll-Austrittstemperatur von einer aktuellen Austrittstemperatur berücksichtigt werden.
  • Zusätzlich zum (Vor-)Steuern auf den Ziel-Kältemittelmassenstrom kann ein Leistungsaufschlag für eine Regelung des Verdampfers und/oder Chillers verwendet werden. Somit kann zunächst eine Vorsteuerung auf den Ziel-Kältemittelmassenstrom ausgeführt werden und anschließend eine Regelung für die Feinjustierung, sodass der Ziel-Kältemittelmassenstrom durch das System erreicht wird. Der Leistungsaufschlag kann dabei ein positives oder negatives Vorzeichen aufweisen. Durch die Regelung mit dem Leistungsaufschlag wird der Ziel-Kältemittelmassenstrom besonders genau erreicht. Auch wird bei Veränderungen anderer Parameter, wie z.B. einer Umgebungstemperatur, eine Anpassung im laufenden Betrieb ermöglicht. Der Leistungsaufschlag kann bei einer Ansteuerung mindestens eines Ventils, insbesondere eines Expansionsventils und/oder des Kältemittelverdichters berücksichtigt werden. Die Recheneinrichtung kann in einer Ausführungsform dazu ausgebildet sein, die Abweichung unter Verwendung einer Bauteilbeschreibung des entsprechenden Bauteils, d.h. Verdampfer und/oder Chiller, in einen Volumenstrom auf der Luft- oder Wasserseite des Verdampfers und/oder Chillers zu bestimmen. Der Volumenstrom kann dann in einen Massenstrom umgerechnet werden, sodass im Ergebnis wieder eine Steuerung bzw. Regelung des Massenstroms ausgeführt werden kann.
  • In einer Ausführungsform kann der mindestens eine Wärmtauscher als ein stromabwärts von dem Kältemittelverdichter angeordneter Heizkondensator ausgebildet sein, wobei die soll-Austrittstemperatur als eine Luftaustrittstemperatur am Heizkondensator ausgebildet sein kann.
  • Der Heizkondensator kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, den Innenraum eines Fahrzeugs zu heizen. Dazu kann zusätzlich ein Lüfter vorgesehen sein, der Umgebungsluft über den Heizkondensator leitet, sodass die Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird. Somit kann auch der Innenraum einer Fahrzeugkabine beheizt werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, eine minimal zulässige Luftaustrittstemperatur an einem von dem Kältemittelverdichter stromabwärts angeordneten äußeren Umgebungsluftwärmeübertrager, z.B. einen Kondensator, unter Berücksichtigung einer Taupunktstemperatur einer Umgebungsluft zu bestimmen, wobei die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet sein kann, die Wärmequellenleistung unter Verwendung der sekundärseitigen Enthalpiedifferenz am Umgebungsluftwärmeübertrager zu bestimmen derart, dass insbesondere eine Vereisung der sekundärseitigen Oberfläche des Kondensators verhindert wird.
  • Der (äußere) Umgebungsluftwärmeübertrager ist bevorzugt außerhalb einer Fahrzeugkabine angeordnet. Eine Vereisung kann am Umgebungsluftwärmeübertrager z.B. auftreten, wenn die Oberflächentemperatur am Umgebungsluftwärmeübertrager auf der Sekundärseite den Taupunkt der Luft unterschreitet und unter 0°C betrieben wird. Die sekundärseitige, d.h. die Seite des zu kühlenden Mediums, Enthalpiedifferenz kann durch die Recheneinheit durch Bildung einer Differenz einer Eintritts- und Austrittsenthalpie bestimmt werden. Durch die Berücksichtigung der minimal zulässigen Luftaustrittstemperatur kann eine Eisbildung verhindert werden und die Komponenten des Thermomanagementsystems können effizient geschützt werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Recheneinheit ferner dazu ausgebildet sein, eine erwartete Leistungsaufnahme des Kältemittelverdichters unter Berücksichtigung einer Heizleistung für die Soll-Austrittstemperatur am Heizkondensator zu bestimmen, wobei die Steuereinheit insbesondere dazu ausgebildet sein kann, die erwartete Leistungsaufnahme beim Steuern des mindestens einen Kältemittelverdichters zu verwenden.
  • Durch die Bestimmung einer erwarteten Leistungsaufnahme des Kältemittelverdichters, die durch die Heizleistung am Heizkondensator beeinflusst wird, kann die Steuerung des Kältemittelverdichters nochmals genauer ausgeführt werden. Dies liegt insbesondere daran, dass der Kältemittelverdichter ebenfalls eine Abwärme produziert, die mit der Leistungsaufnahme korrespondiert. Der Kältemittelverdichter kann daher ebenfalls als Wärmequelle dienen. Somit kann das Steuersystem nochmals effizienter ausgestaltet werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Bestimmungseinheit ferner dazu ausgebildet sein, mindestens einen Leistungsaufschlag aus der Soll-Austrittstemperatur für den Heizkondensator zu bestimmen, wobei die Bestimmungseinheit ferner dazu ausgebildet sein kann, den mindestens einen Leistungsaufschlag bei der Bestimmung des notwendigen Heizleistungsbedarfs zu berücksichtigen.
  • Durch das Bestimmen eines Leistungsaufschlages aus der Soll-Austrittstemperatur für den Heizkondensator kann eine leistungsbezogene Regelung der Heizleistung bereitgestellt werden, die die aktuellen Rahmenbedingungen beachtet. Wie bereits weiter oben hinsichtlich des Leistungsaufschlags aus der soll-Austrittstemperatur für den Chiller und/oder Verdampfer ausgeführt, wird mit dem Leistungsaufschlag eine leistungsbasierte Regelung implementiert. Dabei kann der Leistungsaufschlag ein positives oder negatives Vorzeichen aufweisen.
  • In einer Ausführungsform kann die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet sein, eine mit dem Verdampfer zu entziehende Wärmemenge aus der Umgebungsluft des Verdampfers zu bestimmen, wobei die Recheneinheit dazu ausgebildet sein kann, die Wärmemenge bei der Bestimmung des mindestens einen Ziel-Kältemittelmassenstroms zu verwenden.
  • Es ist also ferner möglich, das Potential von Wärmequellen zu bestimmen, um damit die Bestimmung des Ziel-Kältemittelmassenstroms weiter zu verbessern.
  • In einer Ausführungsform kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, eine zu erwartende Leistungsaufnahme des Kältemittelverdichters zur Deckung des Ziel-Kältemittelmassenstroms zu bestimmen, wobei die zu erwartende Leistungsaufnahme bei der Bestimmung einer Wärmequellenleistung zur Deckung des notwendigen Heizleistungsbedarfs verwendet werden kann.
  • Der vorstehenden Ausführungsform liegt die Überlegung zu Grunde, dass der Kältemittelverdichter selbst auch Abwärme produziert und somit eine Wärmequelle darstellt. Insofern kann die zu erwartende Leistungsaufnahme, die mit der Abwärme korrespondiert, bei der Bestimmung der Wärmequellenleistung zur Deckung des notwendigen Heizleistungsbedarfs verwendet werden, was das System nochmals optimiert und energieeffizienter ausgestaltet.
  • Neben dem vorstehend beschriebenen Steuersystem wird explizit auch ein Thermomanagementsystem offenbart, welches alle oder einen Teil der vorstehend beschriebenen Komponenten umfassen kann.
  • Die Aufgabe wird ferner insbesondere gelöst durch ein Verfahren zum Steuern eines Thermomanagementsystems eines Fahrzeugs, insbesondere eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, Folgendes aufweisend:
    • • Bestimmen eines notwendigen Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs für mindestens eine Soll-Austrittstemperatur an mindestens einem Wärmeübertrager, z.B. einem Verdampfer und/oder einem Kondensator, sowie eine aktuelle Wärmequellenleistung;
    • • Bestimmen mindestens eines Ziel-Kältemittelmassenstroms unter Berücksichtigung des Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs und der aktuellen Wärmequellenleistung;
    • • Steuern mindestens eines Kältemittelverdichters, insbesondere eines frei ansteuerbaren Kältemittelverdichters, z.B. eines elektrisch oder hydraulisch ansteuerbaren Kältemittelverdichters, auf den berechneten Ziel-Kältemittelmassenstrom.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren umfassen:
    • • Bestimmen von mindestens zwei Ziel-Kältemittelteilmassenströmen; und
    • • Bestimmen eines Ziel-Gesamtkältemittelmassenstroms als den mindestens einen Ziel-Kältemittelmassenstrom unter Berücksichtigung des Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs und der mindestens zwei Ziel-Kältemittelteilmassenströme.
  • In einer Ausführungsform kann das Bestimmen des mindestens einen Ziel-Kältemittelmassenstroms ein Umrechnen des Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs in einen durch den mindestens einen Kältemittelverdichter bereitzustellenden Kältemittelmassenstrom zur Erfüllung des Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs umfassen, wobei das Steuern des Kältemittelverdichters ein Steuern bezüglich des Ziel-Kältemittelmassenstroms umfassen kann.
  • In einer Ausführungsform kann das Bestimmen des Ziel-Kältemittelmassenstroms, des Ziel-Gesamtkältemittelmassenstroms und/oder der Ziel-Kältemittelteilmassenströme unter Verwendung mindestens einer Bauteilbeschreibung ausgeführt werden, insbesondere einer Bauteilbeschreibung des Kältemittelverdichters und/oder der Expansionsventile.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren ein Schalten mindestens eines Ventils umfassen, das ein Umschalten zwischen einem Kühlbetriebsmodus, einem Heizbetriebsmodus und/oder einem Entfeuchtungsbetriebsmodus bewirken kann.
  • In einer Ausführungsform kann der mindestens eine Wärmeübertrager als ein stromaufwärts von dem Kältemittelverdichter angeordneter Chiller ausgebildet sein, wobei die Soll-Austrittstemperatur als eine Kühlwasseraustrittstemperatur am Chiller ausgebildet sein kann.
  • In einer Ausführungsform kann der mindestens eine Wärmeübertrager als ein stromaufwärts von dem Kältemittelverdichter angeordneter Verdampfer ausgebildet sein, wobei die Soll-Austrittstemperatur eine Luftaustrittstemperatur am Verdampfer angeben kann.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren umfassen:
    • • Bestimmen einer Eintritts- und Austrittsenthalpie am Verdampfer und/oder Chiller, insbesondere auf einer Primärseite und/oder Sekundärseite des Verdampfers und/oder Chillers; und
    • • Bestimmen des Ziel-Kältemittelteilmassenstroms für den Chiller bzw. Verdampfer unter Verwendung der Differenz aus entsprechender Eintritts- und Austrittsenthalpie.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren ein Bestimmen eines ersten Ziel-Kältemittelteilmassenstrom für den Verdampfer und einen zweiten Ziel-Kältemittelteilmassenstrom für den Chiller umfassen, wobei das Bestimmen des Ziel-Gesamtkältemittelmassenstroms die Addition der Ziel-Kältemittelteilmassenströme umfassen kann.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren ein Ansteuern mindestens eines ersten Ventils, insbesondere eines Expansionsventils, auf den mindestens einen Ziel-Kältemittelmassenstrom und/oder auf mindestens einen der zwei Ziel-Kältemittelteilmassenströme umfassen, wobei das Ansteuern auf mindestens einen der zwei Ziel-Kältemittelteilmassenströme insbesondere ein Steuern einer Massenstromverteilung zwischen mindestens zwei Wärmeübertragern, z.B. zwischen dem Verdampfer und dem Chiller, umfassen kann.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren ein Steuern eines zweiten bezüglich des Verdampfers, insbesondere primärseitig, stromaufwärts angeordneten Ventils, insbesondere eines Expansionsventils, auf einen Soll-Überhitzungswert nach dem Verdampfer umfassen, der eine Soll-Überhitzung nach dem Verdampfer angeben kann, wobei das Steuern des Ziel-Kältemittelmassenstroms ein Steuern unter Verwendung einer Überhitzung nach dem Verdampfer umfassen kann.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren umfassen:
    • • Bestimmen mindestens eines Leistungsaufschlags aus der soll-Austrittstemperatur für den Chiller und/oder Verdampfer,
    • • Regeln des Verdampfers und/oder Chillers unter Berücksichtigung des mindestens einen Leistungsaufschlags.
  • Dabei kann mindestens ein Ventil, insbesondere mindestens ein Expansionsventil bezüglich einer Überhitzung nach dem Verdampfer und/oder Chiller geregelt werden.
  • In einer Ausführungsform kann der mindestens eine Wärmeübertrager als ein stromabwärts von dem Kältemittelverdichter angeordneter Heizkondensator ausgebildet sein, wobei die Soll-Austrittstemperatur als eine Luftaustrittstemperatur am Heizkondensator ausgebildet sein kann.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren umfassen:
    • • Bestimmen einer minimal zulässigen Luftaustrittstemperatur unter Berücksichtigung einer Taupunkstemperatur einer Umgebungsluft an einem von dem Kältemittelverdichter stromabwärts angeordneten äußeren Umgebungsluftwärmeübertrager,
    • • bestimmen einer sekundärseitigen Enthalpiedifferenz am Umgebungsluftwärmeübertrager,

    wobei das Bestimmen der Wärmequellenleistung unter Verwendung der sekundärseitigen Enthalpiedifferenz (der Austritts- und Eintrittsenthalpie) am Umgebungsluftwärmeübertrager bestimmt werde kann derart, dass insbesondere eine Vereisung der sekundärseitigen Oberfläche des Umgebungsluftwärmeübertrager verhindert wird.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren ein Bestimmen einer erwarteten Leistungsaufnahme des Kältemittelverdichters unter Berücksichtigung einer Heizleistung für die Soll-Austrittstemperatur am Heizkondensator umfassen, wobei das Steuern des mindestens einen Kältemittelverdichters insbesondere unter Verwendung der bestimmten erwarteten Leistungsaufnahme ausgeführt werden kann.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren ein Bestimmen mindestens eines Leistungsaufschlags aus der soll-Austrittstemperatur für den Heizkondensator umfassen, wobei das Bestimmen des notwendigen Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs unter Berücksichtigung des bestimmten mindestens einen Leistungsaufschlags durchgeführt werden kann.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren ein Bestimmen einer der Umgebungsluft des Verdampfers mit dem Verdampfer zu entziehender Wärmemenge umfassen, wobei das Bestimmen des mindestens einen Ziel-Kältemittelmassenstroms unter Verwendung der bestimmten Wärmemenge ausgeführt werden kann.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren ein Bestimmen einer zur erwartenden Leistungsaufnahme des Kältemittelverdichters zur Deckung des Ziel-Kältemittelmassenstroms durch den Kältemittelverdichter umfassen, wobei die erwartete Leistungsaufnahme bei der Bestimmung einer Wärmequellenleistung zur Deckung des notwendigen Heizleistungsbedarfs verwendet werden kann.
  • Die Aufgabe wird ferner insbesondere gelöst durch ein computerlesbares-Speichermedium, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor dazu veranlassen ein Verfahren, wie vorstehend erläutert, zu implementieren, wenn die Instruktionen durch den mindestens einen Prozessor ausgeführt werden.
  • Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Fahrzeug, insbesondere ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug, vorzugsweise ein Elektroauto mit einem Steuersystem und/oder einem Thermomanagementsystem, wie sie vorstehend beschrieben sind.
  • Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Aspekte und Ausführungsformen miteinander kombinierbar sind. Insbesondere sind solche Aspekte, die nur bezüglich des Steuersystems oder des Verfahrens beschrieben sind, mit dem Verfahren bzw. dem Steuersystem kombinierbar.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
    • 1: eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs
    • 2: eine schematische Darstellung eines Steuersystems
    • 3: ein Flussdiagram zur Steuerung eines Thermomanagementsystems
    • 4: eine schematische Darstellung eines Steuersystems und eines Thermomanagementsystems
    • 5a: eine schematische Darstellung einer Bauteilbeschreibung
    • 5b: ein Graph, der Daten einer Bauteilbeschreibung zeigt
    • 6: eine schematische Darstellung eines Steuersystems und eines Thermomanagementsystems für eine Kühlung des Innenraums einer Fahrzeugkabine und einer Hochvoltbatterie;
    • 7: ein Flussdiagram, dass ein Verfahren zur Steuerung des Thermomanagementsystems der 6 zeigt;
    • 8: schematische Darstellung eines Steuersystems und eines Thermomanagementsystems zum Heizen eines Innenraums der Fahrzeugkabine durch Abwärme aus der Umgebungsluft;
    • 9: ein Flussdiagram, dass ein Verfahren zur Steuerung des Thermomanagementsystems der 8 zeigt;
    • 10: schematische Darstellung eines Steuersystems und eines Thermomanagementsystems zum Entfeuchten der Luft eines Innenraums der Fahrzeugkabine;
    • 11: ein Flussdiagram, dass ein Verfahren zur Steuerung des Thermomanagementsystems der 10 zeigt; und
    • 12: eine schematische Einrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein Steuersystem der Erfindung zu implementieren.
  • Im Folgenden werden für gleiche oder gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
  • Die 1 zeigt ein Fahrzeug 1 mit einer in dem Fahrzeug 1 angeordneten Fahrzeugkabine 5, sowie Antriebseinheiten 3, 3', 3'', 3''', die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Elektromotoren ausgebildet sind. Die Antriebseinheiten 3, 3', 3'', 3''' sind an Rädern (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 1 angeordnet und erlauben, das Fahrzeug 1 anzutreiben. Zur Versorgung des Antriebseinheiten 3, 3', 3'', 3''' mit elektrischer Energie ist in dem Fahrzeug 1 eine Batterie 2 angeordnet, die elektrisch mit den Antriebseinheiten 3, 3', 3'', 3''' verbunden ist. Die Batterie 2 erwärmt sich, wenn Energie von den Antriebseinheiten 3, 3', 3'', 3''' oder anderen elektrischen Verbrauchern im Fahrzeug 1 abgerufen wird. Um eine optimale Betriebstemperatur der Batterie 2 sicherzustellen, ist in dem Fahrzeug 1 darüber hinaus ein Chiller 15 angeordnet, der zur Kühlung der Batterie 2 ausgebildet ist.
  • Der Chiller 15 kühlt die Batterie mit Kühlwasser auf der Sekundärseite, sodass Wärme von der Batterie wegeführt und über Kältemittel auf der Primärseite abgibt. Der Chiller 15 weist somit eine Kühlwasserseite (Sekundärseite) und eine Kältemittelseite (Primärseite) auf.
  • Neben der Kühlung der Batterie 2 ist es bei dem Fahrzeug 1 notwendig, die Fahrzeugkabine 5 entweder zu Heizen und/oder zu Kühlen, je nach Nutzeranforderung. Zur Aufnahme der Nutzeranforderung weist die Fahrzeugkabine 5 eine Klimabedieneinheit 4 auf, über die der Nutzer eine Temperatur und/oder eine Gebläsestärke bzw. einen Luftvolumenstrom einstellen kann.
  • Zum Heizen und Kühlen der Fahrzeugkabine 5 auf die eingestellte Temperatur weist das Fahrzeug 1 einen Umgebungsluftwärmeübertrager 12, einen Kältemittelverdichter 11, einen Heizkondensator 13 und einen Verdampfer 14 auf. Die Funktion der einzelnen Elemente wird im Detail im Zusammenhang mit den 3 und 4 erläutert. Erhitzte bzw. gekühlte Luft wird über ein Gebläse 6 in den Innenraum der Fahrzeugkabine 5 geblasen, sodass die eingestellte Temperatur erreicht wird.
  • In dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist eine Reihe von Wärmequellen vorhanden. So sind alle aktiven Elemente, wie die Antriebseinheiten 3, 3', 3'', 3''', der Verdampfer 14, der Heizkondensator 13, der Umgebungsluftwärmeübertrager 12, Produzenten von Wärme, die als Abwärme ihrer Funktion entsteht. Darüber hinaus erhitzt sich die Batterie 2 im Betrieb des Fahrzeugs stark, sodass eine unter Umständen starke Kühlung notwendig ist.
  • Da in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, wie dem Fahrzeug 1, die zur Verfügung stehende Energie begrenzt ist, ist es notwendig, alle vorhandenen Wärmequellen und Senken bei der Klimatisierung des Fahrzeugs 1 zu berücksichtigen.
  • Selbstverständlich kann das vorstehend beschriebene Fahrzeug 1 auch zusätzlich einen Verbrennungsmotor aufweisen, der zusätzlich oder alternativ zum Antrieb des Fahrzeugs 1 verwendet werden kann, sog. Hybrid-Fahrzeug.
  • Die 2 zeigt ein Steuersystem 100 zur effizienten Steuerung eines Thermomanagementsystems 10.
  • Das Steuersystem 100 weist eine Bestimmungseinheit 101 auf, die dazu ausgebildet ist, einen notwendigen Kühl- und/oder Heizleistungsbedarf 104, 105 zu bestimmen. Dazu verwendet die Bestimmungseinheit 101 eine Soll-Austrittstemperatur 107 an mindestens einem Wärmeübertrager 110. Die Soll-Austrittstemperatur 107 wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von einem Klimasteuergerät 111 bereitgestellt, dass die Soll-Austrittstemperatur 107 wiederum aus einer vorgegebenen Innenraumtemperatur bestimmt, die durch eine Klimabedieneinheit 4 (z.B. die Klimabedieneinheit der 1) vorgegeben wird. Weiterhin kann in dem Ausführungsbeispiel durch den Wärmeübertrager 110 bzw. eines zugeordneten Sensors eine Ist-Austrittstemperatur 107' der Bestimmungseinheit 101 bereitgestellt werden. Aus der Differenz aus Soll- und Ist-Temperatur kann ein Volumenstrom bestimmt werden, der über den mindestens einen Wärmeübertrager geleitet werden soll, um die Differenz auszugleichen. Darüber hinaus bestimmt die Bestimmungseinheit 101 eine aktuelle Wärmequellenleistung 106. Das bedeutet, die Bestimmungseinheit 101 ist dazu ausgebildet, insbesondere jederzeit, anzugeben, welche Wärmequellen, welche Wärmemenge zur Verfügung stellen. Zum Beispiel kann eine Hochvoltbatterie 2 eine große Menge Wärme zur Verfügung stellen, die dann zum Heizen einer Innenkabine 5 eines Fahrzeugs 1 verwendet werden kann. Andere Wärmequellen sind z.B. Elektromotoren, 3, 3', 3'', 3''' oder andere aktive Elemente des Fahrzeugs 1, die Abwärme produzieren.
  • Eine Recheneinheit 102 ist dazu ausgebildet, einen Ziel-Kältemittelmassenstrom 108 unter Berücksichtigung des Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs 104, 105 und der aktuellen Wärmequellenleistung 106 zu bestimmen. Der Ziel-Kältemittelmassenstrom 108 korrespondiert mit dem Heiz- und/oder Kühlleistungsbedarf 104, 105 unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden Wärme. Das bedeutet, dass z.B. aus dem oben erwähnten Volumenstrom der Ziel-Kältemittelmassenstrom bestimmt werden kann.
  • Ferner ist eine Steuereinheit 103 vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, einen Kältemittelverdichter 11 auf den berechneten Ziel-Kältemittelmassenstrom 108 zu steuern. Durch das Steuern des Kältemittelverdichters 11 wird die Temperatur, die über ein angeschlossenes Thermomanagementsystem 10 bereitgestellt wird, angepasst.
  • Die 3 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens 300, welches die vorstehend beschriebenen Funktionsweise implementiert.
  • Das Verfahren 300 startet mit einem Bestimmen 301 eines notwendigen Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs 104, 105 für eine Soll-Austrittstemperatur 107 sowie einer aktuellen Wärmequellenleistung 106.
  • Anschließend wird in einem Bestimmen-Schritt 302 ein Ziel-Kältemittelmassenstrom 108 unter Berücksichtigung des Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs 104, 105 und der aktuellen Wärmequellenleistung 106 bestimmt.
  • In einem Steuern-Schritt 303 wird nunmehr ein Kältemittelverdichter 11 auf den berechneten Ziel-Kältemittelmassenstrom 108 gesteuert.
  • Die 4 zeigt eine detailliertere, wenn auch weiterhin schematische Darstellung eines Steuersystems 100 und eines Thermomanagementsystems 10, welche beide in das Fahrzeug 1 der 1 integrierbar sind. Bei dem Steuersystem 10 der 4 kann es sich beispielsweise um das Steuersystem 10 der 2 handeln.
  • Das Thermomanagementsystem 10 der 4 weist einen geschlossenen Kältemittelkreislauf auf. Der Kältemittelkreislauf weist einen Kältemittelverdichter 11 auf, der dazu ausgebildet ist, gasförmiges Fluid, d.h. gasförmiges Kältemittel zu verdichten. Der Kältemittelverdichter 11 ist als ein elektrisch ansprechbarer Kältemittelverdichter 11 ausgebildet. Das bedeutet, dass eine Drehzahl und damit der durch den Kältemittelverdichter 11 geleiteten Massenstrom, frei einstellbar ist, z.B. durch das Steuersystem 10.
  • Durch das Verdichten im Kältemittelverdichter 11 wird das Kältemittel erwärmt, sodass es über einen in Strömungsrichtung 21 abwärts vom Kältemittelverdichter 11 angeordneten Heizkondensator 13 eine Umgebungsluft 20 des Heizkondensators 13 erwärmt. Der Heizkondensator 13 ist dazu ausgebildet, das verdichtete Kältemittel zu verflüssigen, d.h. zu kondensieren. Bei dem Phasenübergang von gasförmig zu flüssig wird Wärme abgegeben, die an die Umgebungsluft 20 abgegeben wird. Dazu ist an dem Heizkondensator 13 weiterhin ein Gebläse angeordnet, welches kalte Umgebungsluft 20 aus der Fahrzeugkabine 5 oder von Außerhalb der Fahrzeugkabine 5 ansaugt und erwärmt in die Fahrzeugkabine 5 abgibt. Das Gebläse ist an dem Eintritt der Luftstrecke angeordnet und saugt Frischluft von außen oder Umluft aus dem Fahrzeuginnenraum oder einen Mix aus beidem an. Die Luftstrecke verläuft über den Verdampfer 14 und den Heizkondensator 13. Weiterhin ist an dem luftseitigen Auslass des Heizkondensators 13 ein Temperatursensor (nicht gezeigt) angeordnet, welcher eine aktuelle Temperatur an dem luftseitigen Auslass des Heizkondensators 13 misst und dem Steuersystem 100 zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellt.
  • Stromabwärts vom Heizkondensator 13 ist ferner ein elektrisch ansprechbares Expansionsventil 16' angeordnet, welches den Zufluss von Kältemittel zu einem stromabwärts angeordneten Umgebungsluftwärmeübertrager 12 einstellt. Das elektrisch ansprechbare Expansionsventil 16' kann somit frei angesprochen werden, d.h. der Massenstrom, der durch das Expansionsventil 16' geleitet wird, kann frei eingestellt werden, z.B. durch das Steuersystem 10.
  • Der Umgebungsluftwärmeübertrager 12 dient als Wärmeübertrager oder auch Wärmetauscher von einer Umgebungsluft und dem Kältemittel. Der Umgebungsluftwärmeübertrager 12 ist dazu in dem Fahrzeug 1 derart angeordnet, dass Umgebungsluft 7 über eine Oberfläche des Umgebungsluftwärmeübertrager 12 strömt.
  • Der Umgebungsluftwärmeübertrager 12 kann einerseits als ein Verdampfer und andererseits als ein Kondensator wirken, je nach Betriebsmodus. So kann durch das Strömen der Umgebungsluft 7 über die Oberfläche des Umgebungsluftwärmeübertrager 12 das Kältemittel abgekühlt werden. Alternativ kann das Kältemittel erhitzt werden, z.B. wenn die Temperatur der Umgebungsluft 7 deutlich über der Temperatur des Kältemittels liegt. Wird das Kältemittel erhitzt, so verdampft es.
  • Parallel zum Umgebungsluftwärmeübertrager 12 ist ein Ventil 17' angeordnet, welches Kältemittel an dem Umgebungsluftwärmeübertrager 12 vorbeileiten kann. Bei dem Ventil 17' kann es sich zum Beispiel um ein Absperrventil handeln. Durch die zum Umgebungsluftwärmeübertrager 12 parallele Anordnung kann einerseits gesteuert werden, welche Temperatur das Kältemittel stromabwärts vom Umgebungsluftwärmeübertrager 12 aufweist, d.h. durch das Mischen von Kältemittel, welches durch den Kondensator 12 geleitet und welches am Umgebungsluftwärmeübertrager 12 vorbeigeleitet wird. Andererseits kann durch das Ventil 17' eine Umgehung des Umgebungsluftwärmeübertrager 12 verhindert werden, damit sämtliches Kältemittel durch den Umgebungsluftwärmeübertrager 12 geleitet wird.
  • Stromabwärts vom Ventil 17' und dem Umgebungsluftwärmeübertrager 12 ist ein Rückschlagventil 18 derart angeordnet, dass ein Rückfließen von Kältemittel zum Umgebungsluftwärmeübertrager 12 verhindert wird.
  • Stromabwärts vom Ventil 17' und dem Rückschlageventil 18 wird das Kältemittel zu einem zweiten elektrischen Expansionsventil 16 geleitet. Das Expansionsventil 16 ist einem Verdampfer 14 vorgeschaltet, in dem eingeleitetes (teilweise) flüssiges Kältemittel verdampft wird, d.h. in diesem Fall wirkt der Umgebungsluftwärmeübertrager 12 als ein Kondensator, der das Kältemittel nicht verdampft. Das Expansionsventil 16 steuert somit die Menge an Kältemittel, die dem Verdampfer 14 zugeführt wird. Der Verdampfer 14 ist, wie auch der Heizkondensator 13 derart angeordnet, dass Umgebungsluft 20 aus der Fahrzeugkabine 5 über die Oberfläche des Verdampfers 14 geleitet wird, insbesondere unter Verwendung eines Gebläses. Durch das Verdampfen des Kältemittels in dem Verdampfer 14 wird das Kältemittel kälter und die über die Oberfläche des Verdampfers 14 strömende Umgebungsluft 20 wird gekühlt. Am luftseitigen Austritt des Verdampfers 14 ist ein Temperatursensor (nicht gezeigt) angeordnet, der die luftseitige Austrittstemperatur am Verdampfer 14 misst. Bei dem Temperatursensor kann es sich optional um denselben Temperatursensor handeln, der auch zum Messen der Temperatur am luftseitigen Austritt des Heizkondensators 13 verwendet wird.
  • Das nunmehr gasförmige Kältemittel wird nach dem Durchströmen des Verdampfers 14 wieder dem Kältemittelverdichter 11 zugeführt.
  • Zusätzlich zum Pfad über den Verdampfer 14 weist das Thermomanagementsystem 10 einen parallel geführten Pfad stromabwärts vom Umgebungsluftwärmeübertrager 12 und dem Ventil 17' auf. Dieser Pfad leitet das Kältemittel über ein weiteres elektrisches Expansionsventil 16'' zu einem Chiller 15, der dazu ausgebildet ist, eine Hochvoltbatterie 2 des Fahrzeugs 1 zu kühlen. Das Expansionsventil 16'' des Chillers 15 steuert den Massenstrom von Kältemittel, welcher über den Chiller 15 geleitet wird. Der Chiller 15 wirkt als Wärmeübertrager von dem Kältemittel zu Kühlwasser, welches zur Kühlung der Hochvoltbatterie 2 verwendet wird. Der Chiller 15 führt ebenso wie der Verdampfer 14 zu einem Abkühlen des Kältemittels und einem Verdampfen des Kältemittels, d.h. die Phase wechselt von flüssig zu gasförmig.
  • Letztlich wird durch das Thermomanagementsystem 10 ein weiterer Pfad von dem Umgebungsluftwärmeübertrager 12 zu dem Kältemittelverdichter 11 bereitgestellt. In diesem Pfad ist ein weiteres Absperrventil 17 angeordnet. Somit kann von dem Umgebungsluftwärmeübertrager 12 verdampftes Kältemittel unmittelbar dem Kältemittelverdichter 11 zugeführt werden, d.h. in dem Fall in dem der Umgebungsluftwärmeübertrager 12 als ein Verdampfer wirkt.
  • Das Steuersystem 100 ist nunmehr dazu ausgebildet, den Kältemittelverdichter 11, die Expansionsventile 16, 16', 16'', die Absperrventile 17, 17' sowie eventuelle Gebläse an dem Umgebungsluftwärmeübertrager 12, dem Verdampfer 14 und/oder dem Heizkondensator 13 zu steuern bzw. zu regeln.
  • In dem Fall, in dem nur ein Wärmeübertrager 12, 13, 14 aktiv ist, d.h. in einem single-Betriebsmodus, wird die Überhitzung am Austritt des entsprechenden Verdampfers geregelt. In einem Betriebsmodus, in dem mehr als ein Wärmeübertrager 12, 13, 14 aktiv ist, d.h. einem dual-Betriebsmodus, wird an dem führenden Verdampfer die Überhitzung des Kältemittels am Austritt des Verdampfers geregelt und das Expansionsventil des zweiten, d.h. des nicht-führenden Verdampfers regelt die Massenstromverteilung zwischen den beiden Verdampfern. Somit wird durch die Expansionsventile 16, 16', 16'' der Massenstrom gesteuert bzw. geregelt, der dem nachgeschalteten Umgebungsluftwärmeübertrager 12, dem Verdampfer 14 und dem Chiller 15 zur Verfügung gestellt wird.
  • Um eine leistungsbezogene Regelung bereitzustellen, werden die von dem Steuersystem 10 gesteuerten bzw. geregelten Komponenten durch eine Bauteilbeschreibung 30 angegeben.
  • 5a zeigt eine schematische Darstellung einer Bauteilbeschreibung 30. Die Bauteilbeschreibung 30 stellt zum einen standardisierte Schnittstellen 31 bereit, die zur Ansteuerung der durch die Bauteilbeschreibung 30 angegebenen Komponenten verwendet werden können. Somit wird ein bestimmtes Bauteil, z.B. ein bestimmter Kältemittelverdichter 11, abstrahiert. Durch diese Abstraktion ist es möglich, Komponenten einfach auszutauschen, ohne die Regelung aufwendig an die neue Komponente anzupassen.
  • Darüber hinaus gibt die Bauteilbeschreibung 30 eine an, die das physikalische Verhalten der beschriebenen Komponente beschreibt. So wird durch die für eine oder mehrere Eigenschaften der beschriebenen Komponente der zugehörige Massenstrom angegeben. Somit kann die verwendet werden, um für einen Ziel-Kältemittelmassenstrom 108 die dafür notwendigen Einstellungen der beschriebenen Komponente bereitzustellen.
  • So zeigt die 5b exemplarisch eine Bauteilbeschreibung des Kältemittelverdichters 11. Auf der Koordinatenachse X der 5b ist die Verdichterdrehzahl des Verdichters 11 angegeben und auf der Koordinatenachse Y der Kältemittelsaugdruck. Aus diesen beiden Parametern kann nunmehr mittels der Bauteilbeschreibung 30 der mit entsprechenden Parameterwerten erreichte Kältemittelmassenstrom bestimmt werden. Auch ist denkbar, dass die Bauteilbeschreibung eine Abbildung von einer Temperaturdifferenz, d.h. der Differenz aus Eintrittstemperatur und Austrittstemperatur, auf einen Volumenstrom angibt, der notwendig ist, um die Temperaturdifferenz auszugleichen. Über den Volumenstrom kann dann wiederum ein entsprechender Massenstrom bestimmt werden, der notwendig ist, um die Temperaturdifferenz auszugleichen.
  • Die Bauteilbeschreibung 30 kann nunmehr verwendet werden, um für einen Ziel-Kältemittelmassenstrom die notwendige Verdichterdrehzahl und die Kältemittelsaugdruck zu bestimmen. Somit wird eine leistungsbezogene Regelung ermöglicht, bei der keine Verdichterdrehzahl einer bestimmten Komponente, sondern der Kälmittelmassenstrom die relevante Regelgröße darstellt.
  • Eine Bauteilbeschreibung ist ebenso für die Expansionsventile 16, 16', 16'' vorgesehen, über die die Überhitzung nach den entsprechenden Wärmeübertragern 12, 14, 15 bzw. die Kältemittelmassenströme geregelt wird.
  • Mit den 6 und 7 wird im Folgenden beispielhaft ein Betriebsmodus beschrieben, bei dem der Innenraum der Fahrzeugkabine 5 und eine Hochvoltbatterie 2 eines Fahrzeugs 1 gekühlt werden.
  • Der in der 6 gezeigte Aufbau entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der 4. In dem Aufbau der 6 ist jedoch, um eine Kühlung des Innenraums der Fahrzeugkabine 5 und der Hochvoltbatterie 2 zu ermöglichen, das Absperrventil 17 geschlossen. Darüber hinaus ist das Absperrventil 17' ebenfalls geschlossen.
  • Die Funktionsweise des in der 6 gezeigten Aufbaus wird nunmehr im Zusammenhang mit dem Flussdiagram der 7 beschrieben, das ein Verfahren 400 zum Steuern einer Leistung zeigt.
  • Das Verfahren 400 beginnt mit einem Einstellen eines Betriebsmodus, im vorliegenden Fall eines Betriebsmodus „Innenraum und HV-Batterie kühlen“. Die Auswahl des Betriebsmodus kann dabei implizit ausgeführt werden, z.B. durch eine hohe Belastung der HV-Batterie 2 und einer Einstellung des Nutzers, dass der Innenraum gekühlt werden soll, z.B. durch Einstellen einer Temperatur über die Klimabedieneinheit 4.
  • Durch das Auswählen des Betriebsmodus werden im nachfolgenden Ventil-Schließ-Schritt 402 die Absperrventile 17, 17' wie vorstehend zur 6 beschrieben, geschlossen.
  • Nunmehr wird im Schritt 403 die notwendige Kühlleistung im Innenraum bestimmt. Dazu können Sensorwerte eines Temperatursensors 23 ausgewertet werden.
  • Im nächsten Schritt 404 wird die notwendige Kühlleistung für die Hochvoltbatterie 2 bestimmt. Auch hierzu kann an der Hochvoltbatterie 2 ein Temperatursensor 23' angeordnet sein, der die aktuelle Temperatur angeben kann. Relevant für diesen Schritt ist die Kühlwasseraustrittstemperatur am Chiller.
  • Nunmehr wird im Schritt 405 die Eintritts- und Austrittsenthalpie am Verdampfer 14 und am Chiller 15 bestimmt, um entsprechende Ziel-Kältemitteilteilmassenströme 24, 24' zu bestimmen, sodass die notwendige Kühlleistung bereitgestellt wird.
  • Das Bestimmen der Eintrittsenthalpie des Kältemittels wird am Verdampfer 14 über den Druck vor dem Expansionsventil 16 und eine angenommene oder gemessene Unterkühlung am Eintritt des Expansionsventils 16 über eine Kennlinie bestimmt, die als Teil einer Bauteilbeschreibung 30 bereitgestellt wird. Die Austrittsenthalpie des Kältemittels am Austritt des Verdampfers 14 wird über den Druck am Austritt und eine Zielüberhitzung am Austritts des Verdampfer 14 über eine Kennlinie bestimmt, die ebenfalls als Teil der Bauteilbeschreibung 30 bereitgestellt ist.
  • Nunmehr wird der notwendige Ziel-Kältemittelteilmassenstrom 24 bestimmt, der durch den Verdampfer 14 geführt werden soll und somit bereitgestellt werden muss. Der Ziel-Kältemittelteilmassenstrom 24 für den Verdampfer 14 wird aus der Enthalpiedifferenz über den Verdampfer 14 und der Leistung des Verdampfers 14 (d.h. der Kühlleistung für den Innenraum) bestimmt.
  • Darüber hinaus wird im Schritt 405 ein Ziel-Kältemittelteilmassenstrom 24' für den Chiller 15 bestimmt. Dazu wird zunächst eine Enthalpiedifferenz über den Chiller 15 bestimmt.
  • Die Eintrittsenthalpie des Kältemittels am Eintritt des Chillers 15 ist gleich der Enthalpie des Kältemittels am Eintritt des Verdampfers 14, wie sich aus 6 ergibt. Die Enthalpie des Kältemittels am Austritt des Chillers 15 wird über den Druck und die Kältemittelaustrittstemperatur am Chiller 15 bestimmt, wobei die Kältemittelaustrittstemperatur über einen Temperatursensor, z.B. einen kombinierten Druck- und Temperatursensor, bestimmt wird. Eine Kennlinie, die ebenfalls Teil einer entsprechenden Bauteilbeschreibung 30 ist, kann verwendet werden, um über eine entsprechende Abbildung von Druck und Kältemittelaustrittstemperatur auf die Enthalpie zu schließen.
  • Der Ziel-Kältemittelteilmassenstrom 24' wird nunmehr aus der ermittelten Leistung des Chillers 15 (d.h. der Kühlleistung für die Hochvoltbatterie 2) und der Enthalpiedifferenz über den Chiller 15 bestimmt.
  • Im darauffolgenden Schritt 406 wird der notwenige Kältemittelgesamtmassenstrom bestimmt, d.h. es wird der Ziel-Kältemittelgesamtmassenstrom 25 bestimmt, der notwendig ist, um die Kühlanforderungen zu erfüllen. Der Ziel-Kältemittelgesamtmassenstrom 25 ergibt sich aus der Summe der beiden bestimmten Ziel-Kältemittelteilmassenströme 24, 24' für den Verdampfer 14 und den Chiller 15.
  • Folgend werden im Schritt 407 die Expansionsventile 16 und 16'' für den Verdampfer 14 und den Chiller 15 auf die entsprechenden Ziel-Kältemitteilmassenströme 24, 24' vorgesteuert. Der Kältemittelverdichter 11 wird so vorgesteuert, dass er den notwendigen Ziel-Gesamtkältemittelmassenstrom 25 bereitstellt.
  • Im Regel-Schritt 408 kann nun das Expansionsventil 16 auf den Sollwert für die Überhitzung nachgeregelt werden.
  • Darüber hinaus wird im Steuer-Schritt 409 das Expansionsventil 16'' des Chillers 15 auf den Ziel-Kältemittelteilmassenstrom des Verdampfers 14 gesteuert.
  • In den zwei nachfolgenden Schritten 410 und 411 des Verfahrens 400 wird zunächst im Schritt 410 ein Aufschlag auf die berechnete Leistung des Verdampfers 14 bestimmt. Dieser Aufschlag kann durch eine Berechnung der Abweichung der Leistung des Verdampfers 14 von der notwendigen Kühlleistung bestimmt werden. Mit einer kontinuierlichen Betrachtung dieser Abweichung wird nunmehr eine Regelung der Verdampferleistung implementiert.
  • Dazu korrespondierend wird im Schritt 411 ein Aufschlag auf die berechnete Leistung des Chillers 15 bestimmt. Dieser Aufschlag kann durch eine Berechnung der Abweichung der Leistung des Chillers 14 von der notwendigen Kühlleistung bestimmt werden. Mit einer kontinuierlichen Betrachtung dieser Abweichung wird nunmehr eine Regelung der Chillerleistung implementiert.
  • Die 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuersystems 10 und eines Thermomanagementsystems 100, welches im Wesentlichen denen der 4 und 6 entspricht. Das Ausführungsbeispiel der 8 zeigt jedoch einen Betriebsmodus, in dem der Innenraum der Fahrzeugkabine 5 durch Abwärme aus der Umgebungsluft beheizt wird.
  • In dem Betriebsmodus der 8 ist das Ventil 17 geöffnet und das Ventil 17' sowie die Expansionsventile 16, 16'' sind geschlossen. Damit strömt Kältemittel von dem Kältemittelverdichter 11 zu dem Heizkondensator 13 und zu dem Umgebungsluftwärmeübertrager 12 und von diesem wieder zu dem Kältemittelverdichter 11.
  • In diesem Betriebsmodus wird somit Wärme über den Umgebungsluftwärmeübertrager 12 aus der Umgebungsluft 7 aufgenommen und über den Heizkondensator 13 in den Innenraum der Fahrzeugkabine 5 abgegeben. Zusätzlich ist in dem Ausführungsbeispiel der 8 eine Zuheizeinrichtung 27 vorgesehen, die als aktives Heizelement ausgebildet ist, z.B. als eine Hochvolt (HV)-PTC („postive temperatur coefficient“). Eine solche Zuheizeinrichtung 27 kann je nach Bedarf Wärme für die Innenraumklimatisierung bereitstellen, z.B. in Kaltstartsituationen, in denen keine oder nicht ausreichende Wärmeenergie aus der Umgebungsluft 7 bereitgestellt werden kann, um die Heizanforderungen zu erfüllen.
  • Die 9 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren 500 zur Steuerung des Aufbaus der 8 erläutert.
  • Zunächst wird ein Betriebsmodus eingestellt (Einstellen-Schritt 501), im vorliegenden Fall eines Betriebsmodus „Innenraum heizen durch Wärmepumpem Betrieb aus Abwärme Umgebungsluft“.
  • In einem ersten Bestimmen-Schritt 502 wird durch das Steuersystem 100 der notwendige Heizleistungsbedarf bestimmt, der notwendig ist, um eine soll-Luftaustrittstemperatur am Heizkondensator 13 zu erreichen. Zur Bestimmung der aktuellen Temperatur ist ein Temperatursensor 23 am luftseitigen Auslass (Sekundärseite) des Heizkondensators 13 vorgesehen. Mittels der aktuellen Temperatur kann die aufzubringende Heizleistung zum Erfüllen der Heizanforderungen eines Nutzers bestimmt werden.
  • In einem nächsten Bestimmen-Schritt 503, wird eine minimal zulässige Luftaustrittstemperatur nach dem Umgebungsluftwärmeübertrager 12 unter Berücksichtigung der Taupunkttemperatur der Umgebungsluft 7 bestimmt. Daraus wird im folgenden Berechnen-Schritt 504 die maximal zur Verfügung stehende Wärmemenge, die der Umgebungsluft entzogen werden kann, berechnet. Die minimal zulässige Luftaustritttemperatur gibt eine Temperatur an, unter der es zu einer Eisbildung an dem Umgebungsluftwärmeübertrager 12 kommt. Dies soll durch die Bestimmung verhindert werden, um die Komponenten zu schützen.
  • Reicht die maximal zur Verfügung stehende Wärmemenge des Umgebungsluftwärmeübertragers 12 nicht aus, um die erforderliche Heizleistung bereitzustellen, so wird die Heizeinrichtung 27 verwendet, um die fehlende Wärmemenge beizutragen.
  • Im darauffolgenden Bestimmen-Schritt 505 wird eine zu erwartende Leistungsaufnahme des Kältemittelverdichters 11 bestimmt sowie die am Umgebungsluftwärmeübertrager 12 aufzunehmenden erforderlichen Wärmemenge zur Deckung der erforderlichen Heizleistung des Heizkondensators 13.
  • Im Berechnen-Schritt 505 wird eine kältemittelseitige (primärseitige) soll-Austrittstemperatur 107 am Umgebungsluftwärmeübertrager 12 berechnet, die notwendig ist, um die Heizanforderung zu erfüllen.
  • Im Abschätzen-Schritt 507 wird eine (zukünftige) Eintritts- und Austrittsenthalpie am Umgebungsluftwärmeübertrager 12 geschätzt, die bei der Bereitstellung der geforderten Wärmeleistung vorherrscht. Im Berechnen-Schritt 508 wird dann der notwendige Ziel-Kältemittelmassenstrom 108 unter Verwendung der Enthalpiedifferenz am Umgebungsluftwärmeübertrager 12 berechnet, der durch den Kältemittelverdichter 11 bereitgestellt werden muss, um die Heizanforderungen mit dem Heizkondensator 13 zu erfüllen.
  • Im Steuer-Schritt 509 werden nun der Kältemittelverdichter 11 und das Expansionsventil 16' auf den Ziel-Kältemittelmassenstrom 108 (vor) gesteuert.
  • Im Regel-Schritt 510 wird das Expansionsventil 16' nun auf eine Sollwertvorgabe der Überhitzung nach dem Umgebungsluftwärmeübertrager 12 geregelt (wobei der Umgebungsluftwärmeübertrager 12 als ein Verdampfer agiert), die mit der bereitzustellenden Soll-Austrittstemperatur am Umgebungsluftwärmeübertrager 12 korrespondiert.
  • Letztlich wird im Regel-Schritt 511 ein Leistungsaufschlag auf die berechnete luftseitige Leistung am Heizkondensator 13 berechnet und für eine (kontinuierliche) Regelung des Heizkondensators 13 verwendet.
  • Die 10 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, in dem ein Betriebszustand „Entfeuchten“ eingestellt ist. Der Aufbau ist im Wesentlichen mit dem Aufbau der 4 identisch. Bei Entfeuchten wird die Kühlfunktion des Verdampfers 14 verwendet, um der Umgebungsluft 20 Feuchtigkeit zu entziehen, die dann am Verdampfer 14 abtropft und somit aus der Fahrzeugkabine 5 transportiert werden kann. Die entfeuchtete Umgebungsluft 20 kann dann über den Heizkondensator 13 wieder erhitzt werden, sodass der Innenraum der Fahrzeugkabine 5 weiterhin warm ist.
  • Die 11 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren 600 zur Steuerung und Regelung des Thermomanagementsystems 10 mittels des Steuersystem 100 der 10 zeigt.
  • Zunächst wird in einem ersten Einstellen-Schritt 501 der Betriebsmodus „Entfeuchten“ eingestellt und damit einhergehend werden die Expansionsventile 16', 16'' und das Ventil 17 geschlossen. Somit wird das Kältemittel von dem Kältemittelverdichter 11 durch den Heizkondensator 13 zu dem Verdampfer 14 geleitet und von dort wieder zu dem Kältemittelverdichter 11.
  • In einem nächsten Bestimmen-Schritt 602 wird die notwendige Kühlleistung für eine Soll-Luftaustrittstemperatur am Verdampfer 14 bestimmt. Die Soll-Luftaustrittstemperatur wird derart gewählt, dass die über den Verdampfer 14 geführt Umgebungsluft 20 am Verdampfer 14 kondensiert.
  • In einem weiteren Bestimmen-Schritt 603 wird die notwendige Heizleistung für die soll-Austrittstemperatur am Heizkondensator 13 bestimmt. Die soll-Austrittstemperatur am Heizkondensator 13 wird nach einer Nutzeranforderung gewählt, d.h. entsprechend einer Einstellung des Nutzers.
  • In einem Bewertungs-Schritt 604 wird zunächst geprüft, ob ein Heizleistungsüberschuss am Heizleistungskondensator 13 vorhanden oder zu erwarten ist. Ist dies der Fall, dann wird überschüssige Wärme nach außen abgegeben. Ein solcher Überschuss kann auftreten, wenn ein großer Kältemittelmassenstrom zur Erfüllung der Leistung am Verdampfer 14 notwendig ist.
  • In einem darauffolgenden Berechnungs-Schritt 605 wird die der Umgebungsluft 20 maximal über den Verdampfer 14 zu entziehende Wärme ermittelt, d.h. die sensible und latente Wärmemenge. Dabei soll eine Eisbildung am Verdampfer verhindert werden.
  • In einem weiteren Bewertungs-Schritt 606 wird bestimmt, ob zusätzlich zum Wärmepumpenbetrieb die Zuheizeinrichtung 27 verwendet werden muss, um den Heizleistungsbedarf bzw. die soll-Austrittstemperatur 13 am Heizkondensator 13 zu erreichen.
  • In einem Bestimmen-Schritt 607 wird die zu erwartende Leistungsaufnahme des Kältemittelverdichters 11 bestimmt sowie die erforderliche Leistung des Verdampfers 14, um den Heizleistungsbedarf des Heizkondensators 13 zu bestimmen.
  • Anschließend wird in einem Berechnen-Schritt 608 eine soll-Austrittstemperatur für den Verdampfer 14 berechnet.
  • Daraufhin wird in einem Schätz-Schritt 609 die Eintritts- und Austrittsenthalpie am Verdampfer 14 bestimmt und in einem Berechnungs-Schritt 610 wird ein Ziel-Kältemittelmassenstrom 108 unter Verwendung einer bestimmten Enthalpiedifferenz über den Verdampfer 14 bestimmt.
  • In einem Steuer-Schritt 611 werden zunächst das dem Verdampfer 14 vorgeschaltete Expansionsventil 16 und der Kältemittelverdichter 11 auf den Ziel-Kältemittelmassenstrom 108 vorgesteuert.
  • Anschließend wird das Expansionsventil 16 auf eine Sollwertvorgabe der Überhitzung nach dem Verdampfer 14 geregelt.
  • Letztlich wird in einem Regel-Schritt 612 ein Leistungsaufschlag auf die berechnete luftseitige Leistung am Heizkondensator berechnet, die kontinuierlich wiederholt wird, um eine Regelung zu implementieren.
  • 12 zeigt einen beispielhafte Einrichtung 40, die dazu ausgebildet ist, das Steuersystem 100 zu implementieren. Die Einrichtung 40 weist einen Prozessor 41 auf, der dazu ausgebildet ist, in einer Speichereinrichtung 42 gespeicherte Befehle auszuführen, um so die Steuerung und Regelung des Thermomanagementsystems 10 zu implementieren. Die Speichereinrichtung 42 kann ferner dazu ausgebildet sein, mindestens eine Bauteilbeschreibung 30 der verschiedenen Komponenten des Thermomanagementsystem 10 zu speichern. Zur Kommunikation mit dem Thermomanagementsystems 10 weist die Einrichtung 40 ferner eine Kommunikationsschnittstelle 43 auf. Diese kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, über ein BUS-System mit den einzelnen Komponenten des Thermomanagementsystems 10 zu kommunizieren. Auch wenn die 12 eine Vorrichtung zeigt, die nur einen Prozessor 41 und eine Speichereinrichtung 42 aufweist, so sind weitere Ausführungsformen denkbar, in denen mehrere Prozessoren und mehrere Speichereinrichtungen verwendet werden, die verteilt angeordnet sein können, z.B. als Teil verschiedener Steuergeräte eines Fahrzeugs 1. Es ist ferner denkbar, dass in weiteren Ausführungsformen Bauteilbeschreibungen 30 auf einem entfernt angeordneten Server gespeichert sind, die bei Bedarf, z.B. bei Austausch einer Komponente, automatisch von dem Server in die Speichereinrichtung 42 geladen werden, z.B. über die Kommunikationsschnittstelle 43.
  • An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile jeweils für sich - auch ohne im jeweiligen Zusammenhang zusätzlich beschriebene Merkmale, selbst wenn diese nicht explizit als optionale Merkmale im jeweiligen Zusammenhang individuell kenntlich gemacht worden sind, z. B. durch Verwendung von: insbesondere, vorzugsweise, beispielsweise, z. B., ggf. , runden Klammern, etc. - und in Kombination oder jeglicher Unterkombination als eigenständige Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung, wie sie insbesondere in der Beschreibungseinleitung sowie den Ansprüchen definiert ist, anzusehen sind. Abweichungen hiervon sind möglich. Konkret sei darauf hingewiesen, dass das Wort insbesondere oder runde Klammern keine im jeweiligen Kontext zwingende Merkmale kennzeichnen.
  • Bezuaszeichenliste:
    • 1
    Fahrzeug
    2
    Batterie
    3, 3', 3'', 3'''
    Antriebseinheit/Motor
    4
    Klimabedieneinheit
    5
    Innenraum Fahrzeugkabine
    6
    Gebläse
    7
    Umgebungsluft
    10
    Thermomanagementsystem
    11
    Kältemittelverdichter
    12
    Umgebungsluftwärmeübertrager
    13
    Heizkondensator
    14
    Verdampfer
    15
    Chiller
    16, 16', 16''
    Expansionsventil
    17, 17'
    Ventil/Absperrventil
    18, 18'
    Rückschlagventil
    19
    HVAC-Bereich
    20
    Umgebungsluft
    21
    Kältemittelfließrichtung
    22
    Kältemittelmassenstrom
    23, 23'
    Temperatursensor
    24, 24'
    Ziel-Kältemittelteilmassenstrom
    25
    Ziel-Gesamtkältemittelmassenstrom
    27
    Zuheizeinrichtung
    30
    Bauteilbeschreibung
    31
    Schnittstelle
    32
    Abbildung
    40
    Einrichtung
    41
    Prozessor
    42
    Speichermedium
    43
    Kommunikationseinheit
    100
    Steuersystem
    101
    Bestimmungseinheit
    102
    Recheneinheit
    103
    Steuereinheit
    104
    Notwendiger Kühlleistungsbedarf
    105
    Notwendiger Heizleistungsbedarf
    107
    Soll-Austrittstemperatur
    107'
    Ist-Austrittstemperatur
    106
    Aktuelle Wärmequellenleistung
    108
    Ziel-Kältemittelmassenstrom
    111
    Klimasteuergerät
    X, Y, Y
    Koordinatenachse
    300
    Verfahren zum Steuern eines Thermomanagementsystems eines Fahrzeugs
    301, 302
    Bestimmen-Schritt
    303
    Steuern-Schritt
    400
    Verfahren zu Steuern der Leistung
    401
    Einstellen Betriebsmodus Innenraum und HV-Batterie kühlen
    402
    Ventile schließen
    403
    Berechnung Kühlleistung Innenraum
    404
    Berechnung Kühlleistung HV-Batterie
    405
    Enthalpie-Schätzschritt
    406
    Kältemittelgesamtmassenstromberechnungsschritt
    407
    Steuerschritt
    408
    Regelschritt
    409
    Steuerschritt EXV Chiller
    410
    Berechnung Aufschlag Verdampfer
    411
    Berechnung Aufschlag Chiller
    500
    Verfahren zur Steuerung
    501
    Einstellen-Schritt
    502, 503, 505
    Bestimmen-Schritt
    504, 506, 508
    Berechnen-Schritt
    600
    Verfahren zum Entfeuchten
    601
    Einstellen-Schritt
    602, 603, 607
    Bestimmen-Schritt
    604, 606
    Bewerten-Schritt
    605, 608, 610
    Berechnen-Schritt
    609
    Schätz-Schritt
    611
    Steuer-Schritt
    612
    Regel-Schritt

Claims (18)

  1. Steuersystem (100) für ein Thermomanagementsystem (10) eines Fahrzeugs (1), insbesondere eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (1), Folgendes aufweisend: • eine Bestimmungseinheit (101), die dazu ausgebildet ist, einen notwendigen Kühl- und/oder Heizleistungsbedarf (104, 105) für mindestens eine soll-Austrittstemperatur (107) an mindestens einem Wärmeübertrager (110), z.B. einem Verdampfer (14) und/oder einem Kondensator (13), sowie eine aktuelle Wärmequellenleistung (106) zu bestimmen; • eine Recheneinheit (102), die dazu ausgebildet ist, mindestens einen Ziel-Kältemittelmassenstrom (108) unter Berücksichtigung des Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs (104, 105) und der aktuellen Wärmequellenleistung (106) zu bestimmen; • eine Steuereinheit (103), die dazu ausgebildet ist mindestsens einen Kältemittelverdichter (11), insbesondere einen frei ansteuerbaren Kältemittelverdichter (11), z.B. einen elektrisch oder hydraulisch ansteuerbaren Kältemittelverdichter (11), auf den berechneten Ziel-Kältemittelmassenstrom (108) zu steuern.
  2. Steuersystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (102) ferner dazu ausgebildet ist, mindestens zwei Ziel-Kältemittelteilmassenströme (24, 24') zu bestimmen und unter Berücksichtigung des Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs (104, 105) und der mindestens zwei Ziel-Kältemittelteilmassenströme (24, 24') einen Ziel-Gesamtkältemittelmassenstrom (25) als den mindestens einen Ziel-Kältemittelmassenstrom (108) zu bestimmen.
  3. Steuersystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeübertrager (110), der Kältemittelverdichter (11) und/oder mindestens ein Ventil (16, 16', 16'', 17, 17'), insbesondere ein Expansionsventil (16, 16', 16''), mittels einer Bauteilbeschreibung (30) angegeben sind, wobei eine Bauteilbeschreibung (30) insbesondere ein physikalisches Verhalten einer Komponente angibt, z.B. des Kältemittelverdichters (11), des Wärmeübertragers (110) und/oder des mindestens einen Ventils (16, 16', 16'', 17, 17'), und wobei die Steuereinheit (103) dazu ausgebildet ist, die Bauteilbeschreibung (30) bei der Steuerung des mindestsens einen Kältemittelverdichters (11), einer Steuerung des mindestens einen Wärmeübertragers (110) und/oder des mindestens einen Ventils (16, 16', 16'', 17, 17') zu verwenden.
  4. Steuersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (102) dazu ausgebildet ist, den Ziel-Kältemittelmassenstrom (108), den Ziel-Gesamtkältemittelmassenstrom (25) und/oder die Ziel-Kältemittelteilmassenströme (24, 24') unter Verwendung mindestens einer Bauteilbeschreibung (30) zu bestimmen, insbesondere der Bauteilbeschreibung (30) des Kältemittelverdichters (11) und/oder der Expansionsventile.
  5. Steuersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeübertrager (110) als ein stromaufwärts von dem Kältemittelverdichter (11) angeordneter Chiller (15) ausgebildet ist, wobei die soll-Austrittstemperatur (107) als eine Kühlwasseraustrittstemperatur am Chiller (15) ausgebildet ist.
  6. Steuersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeübertrager (110) als ein stromaufwärts von dem Kältemittelverdichter (11) angeordneter Verdampfer (14) ausgebildet ist, wobei die soll-Austrittstemperatur (107) eine Luftaustrittstemperatur am Verdampfer (14) angibt.
  7. Steuersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (102) dazu ausgebildet ist, eine Eintritts- und Austrittsenthalpie am Verdampfer (14) und/oder Chiller (15), insbesondere auf einer Primärseite und/oder Sekundärseite, z.B. einer Kältemittelseite, Kühlwasserseite und/oder Luftseite, des Verdampfers (14) und/oder Chillers (15), und den Ziel-Kältemittelteilmassenstrom für den Chiller (15) bzw. Verdampfer (14) unter Verwendung der Differenz aus entsprechender Eintritts- und Austrittsenthalpie zu bestimmen.
  8. Steuersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (102) dazu ausgebildet ist, einen ersten Ziel-Kältemittelteilmassenstrom (24) für den Verdampfer (14) und einen zweiten Ziel-Kältemittelteilmassenstrom (24') für den Chiller (15) zu bestimmen und den Ziel-Gesamtkältemittelmassenstrom (25) als Summe der Ziel-Kältemittelteilmassenströme (24, 24') zu bestimmen.
  9. Steuersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (103) ferner dazu ausgebildet ist, mindestens ein erstes Ventil (16, 16', 16'', 17, 17'), insbesondere ein Expansionsventil (16, 16', 16''), auf den mindestens einen Ziel-Kältemittelmassenstrom (108) und/oder auf mindestens einen der zwei Ziel-Kältemittelteilmassenströme (24, 24') anzusteuern, wobei das Ansteuern auf mindestens einen der zwei Ziel-Kältemittelteilmassenströme (24, 24') ein Steuern einer Massenstromverteilung zwischen mindestens zwei Wärmeübertragern (12, 13, 14, 15), z.B. zwischen dem Verdampfer (14) und dem Chiller (15), umfasst.
  10. Steuersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (103) dazu ausgebildet ist, ein zweites bezüglich des Verdampfers (14), insbesondere primärseitig, stromaufwärts angeordnetes Ventil (16), insbesondere eines Expansionsventils (16), auf einen Sollüberhitzungswert nach dem Verdampfer (14) zu steuern, der eine soll-Überhitzung nach dem Verdampfer (14) angibt, wobei die Steuereinheit (103) dazu ausgebildet ist, den Ziel-Kältemittelmassenstrom (108) unter Verwendung einer Überhitzung nach dem Verdampfer (14) zu steuern.
  11. Steuersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinheit (101) ferner dazu ausgebildet ist, mindestens einen Leistungsaufschlag aus der soll-Austrittstemperatur für den Chiller (15) und/oder Verdampfer (14) zu bestimmen, wobei die Bestimmungseinheit (101) ferner dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Leistungsaufschlag bei einer Regelung des Verdampfers (14) und/oder Chillers (15) zu berücksichtigen.
  12. Steuersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeübertrager (12, 13, 14, 15) als ein stromabwärts von dem Kältemittelverdichter (11) angeordneter Heizkondensator (13) ausgebildet ist, wobei die soll-Austrittstemperatur als eine Luftaustrittstemperatur am Heizkondensator (13) ausgebildet ist.
  13. Steuersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (102) ferner dazu ausgebildet ist, eine erwartete Leistungsaufnahme des Kältemittelverdichters (11) unter Berücksichtigung einer Heizleistung für die soll-Austrittstemperatur am Heizkondensator (10) zu bestimmen, wobei die Steuereinheit (103) insbesondere dazu ausgebildet ist, die erwartete Leistungsaufnahme beim Steuern des mindestens einen Kältemittelverdichters (11) zu verwenden.
  14. Steuersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinheit (101) ferner dazu ausgebildet ist, mindestens einen Leistungsaufschlag aus der soll-Austrittstemperatur für den Heizkondensator (13) zu bestimmen, wobei die Bestimmungseinheit (103) ferner dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Leistungsaufschlag bei der Bestimmung des notwendigen Heizleistungsbedarfs (105) zu berücksichtigen.
  15. Steuersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 10, 16 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (102) dazu ausgebildet ist, eine zu erwartende Leistungsaufnahme des Kältemittelverdichters (11) zur Deckung des Ziel-Kältemittelmassenstroms (108) zu bestimmen, wobei die zu erwartende Leistungsaufnahme bei der Bestimmung einer Wärmequellenleistung (106) zur Deckung des notwendigen Heizleistungsbedarfs (105) verwendet wird.
  16. Verfahren (300) zum Steuern eines Thermomanagementsystems eines Fahrzeugs (1), insbesondere eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (1), Folgendes aufweisend: • Bestimmen (301) eines notwendigen Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs (104, 105) für mindestens eine Soll-Austrittstemperatur (107) an mindestens einem Wärmeübertrager (110), z.B. einem Verdampfer (14) und/oder einem Kondensator (13), sowie eine aktuelle Wärmequellenleistung (106); • Bestimmen (302) mindestens eines Ziel-Kältemittelmassenstroms (108) unter Berücksichtigung des Kühl- und/oder Heizleistungsbedarfs (104, 105) und der aktuellen Wärmequellenleistung (107); • Steuern (303) mindestens eines Kältemittelverdichters (11), insbesondere eines frei ansteuerbaren Kältemittelverdichters (11), z.B. eines elektrisch oder hydraulisch ansteuerbaren Kältemittelverdichters (11), auf den berechneten Ziel-Kältemittelmassenstrom (108).
  17. Computerlesbares-Speichermedium, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor dazu veranlassen ein Verfahren Anspruch 16 zu implementieren, wenn die Instruktionen durch den mindestens einen Prozessor ausgeführt werden.
  18. Fahrzeug (1), insbesondere ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1), vorzugsweise ein Elektroauto mit einem Steuersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
DE102022115627.3A 2022-06-23 2022-06-23 Steuersystem, Verfahren zum Steuern eines Thermometermanagementsystems eines Fahrzeugs, computerlesbares-Speichermedium und Fahrzeug Pending DE102022115627A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022115627.3A DE102022115627A1 (de) 2022-06-23 2022-06-23 Steuersystem, Verfahren zum Steuern eines Thermometermanagementsystems eines Fahrzeugs, computerlesbares-Speichermedium und Fahrzeug

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022115627.3A DE102022115627A1 (de) 2022-06-23 2022-06-23 Steuersystem, Verfahren zum Steuern eines Thermometermanagementsystems eines Fahrzeugs, computerlesbares-Speichermedium und Fahrzeug

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022115627A1 true DE102022115627A1 (de) 2023-12-28

Family

ID=89075729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022115627.3A Pending DE102022115627A1 (de) 2022-06-23 2022-06-23 Steuersystem, Verfahren zum Steuern eines Thermometermanagementsystems eines Fahrzeugs, computerlesbares-Speichermedium und Fahrzeug

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022115627A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003278660A (ja) 2002-03-22 2003-10-02 Calsonic Kansei Corp 可変容量コンプレッサの駆動トルク算出装置
DE60106658T2 (de) 2000-03-15 2005-12-01 Denso Corp., Kariya Gefrierkreis aufweisendes Gerät
DE102009054270A1 (de) 2008-12-01 2010-07-29 Denso Corporation, Kariya-City Kältekreislaufvorrichtung
US20100319393A1 (en) 2005-06-30 2010-12-23 Denso Corporation Ejector cycle system
US20120297805A1 (en) 2011-05-27 2012-11-29 Denso Corporation Cooling system for battery
DE112017002005T5 (de) 2016-04-14 2019-01-24 Sanden Automotive Climate Systems Corporation Fahrzeugklimaanlage
JP2019190794A (ja) 2018-04-27 2019-10-31 株式会社デンソー エジェクタ式冷凍サイクル

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60106658T2 (de) 2000-03-15 2005-12-01 Denso Corp., Kariya Gefrierkreis aufweisendes Gerät
JP2003278660A (ja) 2002-03-22 2003-10-02 Calsonic Kansei Corp 可変容量コンプレッサの駆動トルク算出装置
US20100319393A1 (en) 2005-06-30 2010-12-23 Denso Corporation Ejector cycle system
DE102009054270A1 (de) 2008-12-01 2010-07-29 Denso Corporation, Kariya-City Kältekreislaufvorrichtung
US20120297805A1 (en) 2011-05-27 2012-11-29 Denso Corporation Cooling system for battery
DE112017002005T5 (de) 2016-04-14 2019-01-24 Sanden Automotive Climate Systems Corporation Fahrzeugklimaanlage
JP2019190794A (ja) 2018-04-27 2019-10-31 株式会社デンソー エジェクタ式冷凍サイクル

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3833562B1 (de) Verfahren zum betreiben einer kälteanlage für ein fahrzeug mit einem eine wärmepumpenfunktion aufweisenden kältemittelkreislauf
DE112013005737B4 (de) Fahrzeugklimatisierungseinrichtung
EP3697635B1 (de) Verfahren zum betreiben eines kältemittelkreislaufs sowie fahrzeugkälteanlage
DE112016003558B4 (de) Wärmepumpen-System
DE102017108778A1 (de) Traktionsbatteriekühlsystem für ein elektrifiziertes Fahrzeug
DE102019107192B4 (de) Steuerungssystem für ein Wärmesystem sowie Verfahren zum Betrieb eines Wärmesystems
DE112019005898B4 (de) Fahrzeugklimaanlage
DE10359204B4 (de) Luftgekühlte Wärmetauschvorrichtung
DE112016002896T5 (de) Fahrzeugklimaanlagenvorrichtung
DE112017000368T5 (de) Fahrzeugklimatisierungseinrichtung
DE112009001461T5 (de) Wärmequellensystem und Steuerverfahren
DE102019107194A1 (de) Steuerungssystem für ein Wärmesystem sowie Verfahren zum Betrieb eines Wärmesystems
WO2009146856A1 (de) Klimaanlage zur konditionierung mehrerer fluide
DE102019201428A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer einen Kältemittelkreislauf aufweisenden Kälteanlage eines Fahrzeugs
DE4217089A1 (de) Klimaanlage fuer fahrzeuge
DE10349691A1 (de) Fahrzeugklimaanlage
DE102021107776A1 (de) Fahrzeugwärmemanagement an verflüssigern des kältemittelkreislaufs
EP1616733A1 (de) Klimatisierungseinrichtung für Fahrzeuge und Verfahren für deren Steuerung
DE102013219146A1 (de) Fahrzeug-wärmepumpensystem und -steuerverfahren
DE19536972C9 (de) Klimatisierungsanordnung für Nutzfahrzeuge, insbesondere Omnibusse
DE10052898A1 (de) Fahrzeugklimaanlage
EP1588876A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung eines Verdampfers und Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage
DE102022115627A1 (de) Steuersystem, Verfahren zum Steuern eines Thermometermanagementsystems eines Fahrzeugs, computerlesbares-Speichermedium und Fahrzeug
DE102017101218A1 (de) Fahrzeuginnenraumluftklimatisierungs- und batteriekühlsystem
DE102022208050A1 (de) Verfahren zum Steuern eines Fahrzeug-HLK-Systems

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed