DE102022205877A1

DE102022205877A1 - Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Kältemittelverdichters

Info

Publication number: DE102022205877A1
Application number: DE102022205877.1A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Dremel
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2022-06-09
Filing date: 2022-06-09
Publication date: 2023-12-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage (2), die einen elektrischen Kältemittelverdichter (8) mit einem Elektromotor (10) aufweist, wobei ein Motorstrom (I) des erfasst wird, wobei anhand des erfassten Motorstroms (I) ein Kennwert (K1, K2) des aktuellen Zustands der Klimaanlage bestimmt wird, und wobei zur Erkennung eines Defekts (D) der Kennwert (K1, K2) mit einem vorgegebenen oder bestimmten Vergleichs-Wert (V1, V2) verglichen wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Klimaanlage (2) mit einer Steuereinheit (12) zur Durchführung des Verfahrens sowie ein entsprechendes Computerprogramm (24).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage, eine solche Klimaanlage sowie ein entsprechendes Computerprogramm.
Anhand einer Klimaanlage kann ein Fahrzeuginnenraum und/oder eine Batterie wie beispielsweise eine Hochvolt-Batterie nach Art einer Kompressionskältemaschine gekühlt werden. Eine derartige Klimaanlage weist grundsätzlich einen (Kältemittel-) Kreislauf auf, in dem ein Kältemittel, beispielsweise R-134a (1,1,1,2-Tetrafluorethan), R-1234yf (2,3,3,3-Tetrafluorpropen), oder R-774 (CO₂) geführt ist.
Bei Betrieb der Klimaanlage wird das Kältemittel mittels eines (Kältemittel-)Verdichters verdichtet, was zu einer Druck- und Temperaturerhöhung des Kältemittels führt. Zweckmäßigerweise wird der Verdichter dabei von einem Elektromotor angetrieben.
Ein Defekt der Klimaanlage wie beispielsweise eine Leckage, bei welcher das Kältemittel aus dem Klimaanlage entweicht, kann dazu führen, dass die Klimaanlage nicht mehr oder lediglich mit vergleichsweise geringer Kühlleistung arbeitet. Dient die Klimaanlage zur Kühlung der Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs, kann eine solche Leckage sogar in einem Liegenbleiber resultieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage, anhand dessen ein Defekt, insbesondere eine Leckage zuverlässig erkannt werden kann. Weiterhin soll eine solche Klimaanlage sowie ein entsprechendes Computerprogramm angegeben werden.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Klimaanlage wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und bezüglich des Computerprogramms mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für die Klimaanlage sowie für das Computerprogramm und umgekehrt.
Das Verfahren dient dem Betrieb einer Klimaanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Klimaanlage einen elektrischen Kältemittelverdichters aufweist. Der elektrische Kältemittelverdichter umfasst einen Elektromotor, anhand dessen ein Verdichterteil, wie beispielsweise ein Scroll eines Scroll-Paares (Scroll-Spiralen-Paares), zum Verdichten des Kältemittels angetrieben werden kann. Der Kältemittelverdichter wird deshalb auch als elektromotorischer Kältemittelverdichter bezeichnet.
Verfahrensgemäß wird zunächst ein Motorstrom des Elektromotors des elektrischen Kältemittelverdichters erfasst. Der Motorstrom ist dabei beispielsweise der Strom der oder einer der Phasen des Elektromotors, oder alternativ hierzu der das Drehmoment bewirkende Motorstrom I_q. Beispielweise wird zusätzlich hierzu eine Versorgungsspannung für den Elektromotor erfasst.
Anhand des erfassten Motorstroms, insbesondere anhand des entsprechenden Messwertes, und/oder anhand der erfassten Versorgungsspannung, insbesondere anhand des entsprechenden Messwertes, wird ein Kennwert bestimmt, der den aktuellen Zustand des Klimaanlage beschreibt und/oder repräsentiert. Mit anderen Worten wird ein Kennwert für den Zustand der Klimaanlage in Abhängigkeit des erfassten Motorstroms und/oder der erfassten Versorgungsspannung bestimmt.
Hierzu ist beispielsweise auf einem Speicher, insbesondere des elektrischen Kältemittelverdichters, eine Tabelle, eine (mathematische) Funktion oder eine Kennlinie oder ein Kennfeld hinterlegt, die den Zusammenhang zwischen dem erfassten Motorstrom bzw. der Versorgungsspannung und dem Kennwert darstellt.
Zur Erkennung eines Defekts der Klimaanlage wird der bestimmte Kennwert mit einem vorgegebenen oder Bestimmten Vergleichs-Wert (oder in analoger Weise mit einem Vergleichs-Wertebereich) verglichen. Dieser Vergleichs-Wert ist geeigneter Weise ebenfalls auf dem Speicher hinterlegt oder wird durch eine Steuereinheit (Steuereinrichtung), geeigneter Weise diejenige des elektrischen Kältemittelverdichters, bestimmt. Zusammenfassend wird anhand des Vergleichs des Kennwertes mit dem Vergleichswert auf einen Zustand der Klimaanlage geschlossen.
Ein solcher Defekt ist beispielsweise eine Leckage, bei welcher das Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf austritt, ein Defekt des Verdichterteils wie beispielsweise einem Klemmen des Verdichterteils oder dem Bruch der mit dem Verdichterteil verbundenen Motorwelle, oder ein Defekt des Verdampfers wie beispielsweise ein Klemmen dessen (Expansions-)Ventils. Ein derartiger Defekt kann beispielsweise auch durch eine gegebenenfalls (chemische) Veränderung des Kältemittels, beispielsweise aufgrund von Alterung oder einer Wasseraufnahme, gegeben sein.
Beim Vergleich wird als Kriterium für die Erkennung eines Defekts beispielsweise bestimmt, ob der Kennwert größer ist als der Vergleichs-Wert, ob der Kennwert kleiner ist als der Vergleichs-Wert, und/oder ob der Kennwert im Vergleichs-Wertebereich liegt.
Insbesondere gilt ein Defekt als erkannt, also das Kriterium als erfüllt, wenn eine Abweichung des Kennwertes vom Vergleichs-Wert, insbesondere der Betrag der Differenz aus dem Kennwert und dem Vergleichs-Wert, größer als ein vordefinierter Betrag ist. Alternativ oder zusätzlich hierzu gilt ein Defekt als erkannt, wenn der Kennwert innerhalb des Vergleichs-Wertebereichs oder außerhalb des Vergleichs-Wertebereichs liegt.
Zweckmäßigerweise wird das Ergebnis des Vergleichs, und/oder eine daraus abgeleitete Information vom elektrischen Kältemittelverdichter, insbesondere von dessen Steuereinheit, für ein übergeordnetes Steuergerät bereitgestellt und/oder an dieses ausgegeben. Alternativ oder zusätzlich kann der Betrieb des Kältemittelverdichter beendet werden. Beispielsweise wird das Ergebnis des Vergleichs und/oder die daraus abgeleitete Information einem Nutzer des Kältemittelverdichters und/oder einer Werkstatt für eine vergleichsweise einfache Fehlerdiagnose zur Verfügung gestellt.
Zusammenfassend ist das oben beschriebene Verfahren ein Diagnoseverfahren, bei dem vorteilhaft anhand des erfassten Motorstrom des elektrischen Kältemittelverdichters auf einen Defekt der Klimaanlage geschlossen, dieser also erkannt werden kann. Vorteilhaft kann bei erkanntem Fehler eine entsprechende Maßnahme eingeleitet werden, so dass eine weitere Beschädigung eines Bestandteil der Klimaanlage, beispielsweise des Kältemittelverdichters aufgrund unzureichender Schmierung, vermieden werden.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung repräsentiert der vorgegebene oder der bestimmte Vergleichs-Wert einen defektfreien Betrieb. Der Vergleichs-Wert entspricht also demjenigen Wert, welcher für den Kennwert bei defektfreier Klimaanlage und/oder bei defektfreiem Betrieb der Klimaanlage erwartet wird. Der Vergleichswert ist also ein erwarteter Wert („Erwartungswert“) /Soll-Wert für Defektfreien Zustand bzw. bei Normalbetrieb. Wird beispielsweise beim Vergleich eine Abweichung des Kennwertes von dem Vergleichs-Wert erkannt oder überschreitet diese Abweichung, insbesondere ausgebildet als der Betrag der Differenz aus dem Vergleichs-Wert und dem Kennwert, einen vorgegebenen Schwellenwert, so gilt ein Defekt als erkannt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird anhand des erfassten Motorstroms und ggf. anhand der erfassten Versorgungsspannung die aktuelle elektrische Leistung des Elektromotors, also die Ist-Leistung, bestimmt und diese als Kennwert verwendet. Die Ist-Leistung wird zum Erkennen, ob ein Defekt in der Klimaanlage vorliegt, mit der erwarteten Leistung (Soll-Leistung) für die defektfreie Klimaanlage als Vergleichswert verglichen.
Beispielsweise wird bei Betrieb des Kältemittelverdichters anhand des Steuergeräts eine Motorgeschwindigkeit vorgegeben und der Motorstrom entsprechend der vorgegebenen Motorgeschwindigkeit eingestellt. Zweckmäßig wird dann dieser Motorgeschwindigkeit die erwartete Leistung, insbesondere anhand einer auf dem Speicher hinterlegten Tabelle, Funktion oder Kennlinie zugewiesen. Alternativ hierzu wird die erwartete Leistung anhand der vorgegebenen oder erfassten Motorgeschwindigkeit und einem (beispielsweise anhand einer Ventilstellung) vorgegebenen oder erfassten Druckverhältnis im Kältemittelkreislauf am einem Verdampfer der Klimaanlage bestimmt. Insbesondere ist hierzu unter dem Druckverhältnis das Verhältnis au dem Druck am Eingang des Verdampfers zum Druck am Ausgangs des Verdampfers zu verstehen. Zweckmäßiger Weise wird das vorgegebene oder erfasste Druckverhältnis vom Verdampfer an die Steuereinheit des Kältemittelverdichters ausgegeben.
Der Vergleichs der Ist-Leistung und der erwarteten Leistung ist besonders zum Erkennen einer Leckage geeignet. So unterscheidet sich die erwartete Leistung von der Ist-Leistung bei einer Leckage, da entweder das Kühlmittel andere physikalische Eigenschaften, insbesondere eine andere Kompressibilität als Luft hat, die aufgrund einer Leckage in den Kältemittelkreislauf eingedrungen ist, oder -sofern noch keine Luft eingedrungen ist - weniger Kältemittel im Kältemittelkreislauf vorhanden ist. Allendfalls resultiert dies in einer Änderung der Ist-Leistung für eine vorgegebene Motorgeschwindigkeit bzw. für ein vorgegebenes Druckverhältnis am Verdampfer.
Weiterhin kann beispielsweise bei einer im Vergleich zur erwarteten Leistung hohen Ist-Leistung auf ein Klemmen oder Blockieren des anhand des Elektromotors angetriebenen Verdichterteils oder dem Klemmen des (Expansions-)Ventils, insbesondere des Verdampfers, in einer Schließstellung geschlossen werden. Bei einer im Vergleich zur erwarteten Leistung geringen Ist-Leistung kann beispielsweise auf einen Bruch der Motorwelle oder dem Klemmen des (Expansions-)Ventils, insbesondere des Verdampfers, in einer Offenstellung geschlossen werden.
Bevorzugt, insbesondere sofern als Kennwert die Ist-Leistung bestimmt wird, wird der Kennwert und/oder der Vergleichs-Wert bei konstantem Motorstrom, insbesondere bei konstanter Kompressionsleistung, bestimmt. Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung des Kennwertes und/oder des Vergleichswertes bei statischen Bedingungen im Kältemittelkreis. Dies ermöglicht eine vergleichsweise präzise Erkennung, ob ein Defekt vorliegt.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung, wird als Kennwert eine zeitliche Änderung des Motorstroms für eine, insbesondere eingestellte und/oder vorgegebene, Änderung der Motorgeschwindigkeit (Motordrehzahl) bestimmt. Vorzugsweise wird herbei die zeitliche Änderung des Motorstroms beim Anlaufen des Motors verwendet.
Beispielsweise ist bei einer Leckage aufgrund der unterschiedlichen Kompressibilitäten des Kältemittels und ggf. in den Kältemittelkreislauf eingedrungener Luft, eine Druckänderung im Kältemittelkreislauf ebenfalls unterschiedlich. Dies resultiert wiederum in einem Unterschied zwischen der zeitlichen Änderung des Motorstroms bei der Änderung der Motorgeschwindigkeit für eine defektfreie Klimaanlage und der zeitlichen Änderung des Motorstroms für eine entsprechende Änderung der Motorgeschwindigkeit bei der Leckage.
Zusammenfassend erfolgt die Bestimmung des Messwertes anhand eines dynamischen, also nicht statischen, Vorgangs.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung wird eine Korrelation des Motorstroms und/oder Ist-Leistung mit Klimaanlagenparametern bestimmt. Als Klimaanlagenparameter sind insbesondere solche Parameter oder Größen geeignet, die die Klimaanlage oder deren Kühlleistung charakterisieren. Vorzugsweise ist dies ein Druck im Kältemittelkreislauf, eine Temperatur des Kältemittels, eine Ventilstellung des Expansionsventils oder dergleichen.
Zweckmäßigerweise wird diese Korrelation als Kennwert für einen Vergleich zur Erkennung eines Defekts verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird diese Korrelation lediglich zur Bestätigung verwendet, dass ein Defekt (auf den anhand des Vergleichs des Kennwertes mit dem Vergleichswert geschlossen wurde) vorliegt. In diesem Fall dient die Korrelation also der Plausibilisierung der Vorliegens eines Defekts der Klimaanlage.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird bei Erkennen eines Defekts aufgrund des Vergleichs des Kennwerts mit dem vorgegebenen oder bestimmten Vergleichs-Wert, insbesondere bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes durch die Abweichung des Kennwerts vom Vergleichs-Wert für defektfreien Betrieb, der Kennwert einer Defektart, zweckmäßiger Weise einer von mehreren Defektarten, zugewiesen. Also findet eine Art Klassifikation des Defekts anhand des Vergleichs statt. Vorteilhaft kann so eine entsprechend geeignete Maßnahme getroffen werden. Beispielsweise kann ein entsprechender Hinweis über das Defekte Bauteil für eine Reparatur ausgegeben werden.
Hierzu wird beispielsweise für jede der Defektarten, wie beispielsweise eine Leckage oder verklemmtes Verdichterteil, ein Zuordnungswert oder ein Zuordnungswertebereich vorgegeben und der Kennwert mit jedem der Zuordnungswerte und/oder jedem der Zuordnungswertebereiche verglichen. Bei Erfüllen eines vorgegebenen Kriteriums, beispielsweise „Kennwert ist kleiner als der Zuordnungswert“ oder „der Kennwert liegt im Zuordnungswertebereich für die jeweilige Defektart“ wird auf den entsprechenden Defekt geschlossen. Vorzugsweise werden für diese Bestimmung mehrere Kennwerte bestimmt. Beispielsweise werden hierzu ein Kennwert, der bei konstantem Motorstrom bestimmt wurde, ein weiterer Kennwert, der anhand der oder als die zeitliche Änderung des Motorstroms bestimmt wurde, und/oder ein weiterer Kennwert, der anhand der Korrelation des Motorstroms mit den Klimaanlagenparametern bestimmt wurde, verwendet, wobei jeder dieser Kennwerte mit den Zuordnungswerten und/oder den Zuordnungswertebereichen verglichen wird. Aufgrund der Verwendung mehrerer Kennwerte, die auf verschiedene Art und Weise bestimmt wurden, ist eine Erkennung der Defektart vergleichsweise genau.
Die Zuordnungswerte und die Zuordnungswertebereiche sind geeigneter Weise auf dem Speicher hinterlegt.
Gemäß einer bevorzugter Ausgestaltung wird der Vergleichs-Wert in Abhängigkeit des Alters und/oder in Abhängigkeit einer Toleranz der Klimaanlage und/oder deren Bestandteile bestimmt oder vorgegeben. Unter der Toleranz ist hierbei eine Fertigungstoleranz der Klimaanlagenbestandteile und/oder der Klimaanlage, insbesondere eine Toleranz der Einfüllmenge des Kältemittels, und/oder eine nicht geometrische Toleranz, wie beispielsweise die Temperatur des Kältemittels zu verstehen. Diese Abhängigkeit ist zweckmäßig als Funktion oder als Wertetabelle auf dem Speicher hinterlegt. Vorteilhaft kann auf diese Weise eine Fehlerkennung des Defekts vermieden werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Klimaanlage mit einem elektrischen Kältemittelverdichter, der einen Elektromotor zum Antreiben eines Verdichterteils sowie eine Stromsensor zum Erfassen eines Motorstroms aufweist. Beispielsweise umfasst der elektrische Kältemittelverdichter weiterhin einen Spannungssensor zum Erfassen einer Versorgungsspannung. Eine Steuereinheit der Klimaanlage, insbesondere die Steuereinheit des elektrischen Kältemittelverdichters ist dazu vorgesehen und eingerichtet, dass das Verfahren in einer der oben beschriebenen Varianten durchgeführt wird.
Hierzu ist die Steuereinheit insbesondere dazu eingerichtet, dass diese Stromsensor zum erfassen des Motorstroms veranlasst, dass anhand des erfassten Motorstroms, insbesondere dessen Messwerts, ein Kennwert des aktuellen Zustands der Klimaanlage zu bestimmt wird, und dass zur Erkennung eines Defekts der Klimaanlage der Kennwert mit einem vorgegebenen oder bestimmten Vergleichswerts verglichen wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, welches Befehle umfasst, die bewirken, dass der elektrische Kältemittelverdichter die Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß einer der oben dargestellten Varianten ausführt. Insbesondere bewirken die Befehle, dass bei deren Ausführung durch die Steuereinheit des Kältemittelverdichters, dass anhand des Stromsensors des elektrischen Kältemittelverdichters der Motorstrom erfasst und/oder bestimmt wird, dass anhand des erfassten Motorstroms, insbesondere anhand dessen Messwertes, ein Kennwert des aktuellen Zustands der Klimaanlage bestimmt wird, und dass zur Erkennung eines Defekts der Klimaanlage der Kennwert mit einem vorgegebenen oder bestimmten Vergleichs-Wert verglichen wird.
Das Computerprogramm ist zweckmäßigerweise auf einem Speicher, insbesondere der Steuereinheit, des elektrischen Kältemittelverdichters gespeichert.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch eine Klimaanlage mit einem elektrischen Kältemittelverdichter, welcher einen Elektromotor aufweist, und
2 anhand eines Flussdiagramms einen Verfahrensablauf zum Betrieb der Klimaanlage.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In der 1 ist schematisch eine Klimaanlage 2 gezeigt, welche eine Kältemittelleitung 4, durch welche ein Kältemittel fließt, einen Verdampfer 6 und einen elektrischen Kältemittelverdichter 8 aufweist. Weitere Bestandteile der Klimaanlage 2, beispielsweise ein Druckregler oder ein Verflüssiger sind in der 1 nicht weiter dargestellt.
Beispielsweise ist die Klimaanlage 2 für ein Kraftfahrzeug vorgesehen und eingerichtet. Insbesondere ist dabei anhand der Klimaanlage 2 eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs kühlbar.
Der elektrische Kältemittelverdichter 8 umfasst einen Elektromotor 10, anhand dessen zum Verdichten des Kältemittels ein nicht weiter dargestelltes Verdichterteil wie beispielsweise ein Scroll eines Scroll-Paares angetrieben werden kann. Der elektrische Kältemittelverdichter 8 weist weiterhin eine (Kältemittelverdichter-) Steuereinheit 12 zum Steuern oder Regeln des Elektromotors 10 auf. Ein Stromsensor 14 zur Erfassung des Motorstroms I und ein Spannungssensor 16 zur Erfassung der Versorgungsspannung U für den Elektromotor 10 sind signal- und/oder datenübertragungstechnisch mit der Steuereinheit 12 verbunden.
Die Steuereinheit 12 des elektrischen Kältemittelverdichters 8 ist weiterhin signal- und/oder datenübertragungstechnisch mit einer Steuereinheit 18 des Verdampfers 6 verbunden, so dass insbesondere eine Information über eine Ventilstellung eines Ventils 20 der Klimaanlage 2, insbesondere des Verdampfers 6, und/oder eine Information über ein Druckverhältnis aus dem Druck am (bezüglich der Strömungsrichtung des Kältemittels) Eingang des Verdampfers 6 und dem Druck am Ausgang des Verdampfers 6 an die Steuereinheit 12 des elektrischen Kältemittelverdichters 8 übertragbar ist.
Die Steuereinheit 12 des elektrischen Kältemittelverdichters 8 umfasst des Weiteren einen Speicher 22 auf dem ein Computerprogramm 24 hinterlegt ist. Dieses umfasst Befehle, die bewirken, dass die Klimaanlage 2 insbesondere der elektrische Kältemittelverdichter 8, die Verfahrensschritte des nachfolgend dargestellten Verfahrens ausführt.
In der 2 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das das Verfahren zum Betrieb der Klimaanlage 2 repräsentiert.
Verfahrensgemäß wird in einem ersten Schritt I. anhand des Stromsensors 14 der Motorstrom I des Elektromotors 10 und die Versorgungsspannung U des Elektromotors anhand des Spannungssensors 16 erfasst. Die entsprechenden Messwerte werden der Steuereinheit 12 des elektrischen Kältemittelverdichters 8 zugeführt.
In einem anschließenden Schritt II.a wird ein erster Kennwert K₁ für den aktuellen Zustand der Klimaanlage 2 bestimmt. Hierzu wird anhand des aktuellen Motorstroms I und anhand der Versorgungsspannung U bzw. anhand deren Messwerte durch die Steuereinheit 12 die Ist-Leistung P_ist des Elektromotors 10 als erster Kennwert bestimmt. Dabei erfolgt die Erfassung des Motorstroms I in einem Betriebszustand, bei dem der Motorstrom I konstant ist. Weiterhin wird in Schritt II.a ein erster Vergleichswert V₁ bestimmt. Als erster Vergleichswert V wird hier die erwartete Leistung P_e des Elektromotors 10 verwendet. Diese wird anhand einer Tabelle oder einer Funktion bestimmt, die im Speicher 22 hinterlegt ist und den Zusammenhang für die erwartete Leistung und einer anhand der Steuereinheit 12 eingestellten Motorgeschwindigkeit bestimmt. Alternativ hierzu wird der erste Vergleichswert V₁, also die erwartete Leistung P_e anhand der mittels der Steuereinheit 12 eingestellten Motorgeschwindigkeit sowie anhand einer Soll-Ventilstellung, einer Ist-Ventilstellung des Ventils 20, und/oder anhand des Druckverhältnisses am Verdampfer 6 bestimmt.
Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich zur Bestimmung des ersten Kennwertes K₁ und des ersten Vergleichswertes V₁ wird in Schritt II.b ein zweiter Kennwert K₂ für den Zustand der Klimaanlage und ein zweiter Vergleichswert V₂ bestimmt. Als zweiter Kennwert K₂ wird hierbei eine zeitliche Änderung des Motorstroms I beim Anlauf des Elektromotors 10, also beim Erhöhen der Motorgeschwindigkeit, verwendet. Als zweiter Vergleichswert V2 wird eine erwartete Änderung des Motorstroms I herangezogen. Diese anhand einer auf dem Speicher 22 hinterlegten Tabelle oder Funktion bestimmbar, die der jeweiligen (erfassten oder vorgegebenen) Motorgeschwindigkeit die erwartete zeitliche Änderung des Motorstroms I zuordnet.
Bevorzugt entspricht der erste Vergleichswert V₁ dabei der erwarteten Leistung P_e für eine defektfreie Klimaanlage 2, und/oder der zweite Vergleichswert V2 entspricht der zeitlichen Änderung des Motorstroms I für eine defektfreie Klimaanlage 2.
Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich zu Schritt II.a und/oder Schritt II.b wird in einem Schritt II.c ein Korrelationswert C bestimmt, der die Korrelation zwischen dem Motorstrom und/oder dessen zeitlichen Verlauf mit Klimaanlagenparametern repräsentiert. Insbesondere wird hierzu als Korrelationswert die Korrelation zwischen dem Motorstrom und/oder dessen zeitlichen Verlauf mit dem Druck und/oder dessen zeitlichen Verlauf an einer vorgegebenen Stelle in der Kältemittelleitung 4 verwendet. Alternativ kann hierzu die Korrelation zwischen dem Motorstrom I und/oder dessen zeitlichen Verlauf mit der Temperatur des Kältemittels und/oder deren zeitlichen Verlauf an einer vorgegebenen Stelle in der Kältemittelleitung 4 verwendet werden. Weiter alternativ kann die Korrelation zwischen dem Motorstrom und der (Ist-)Ventilstellung des Ventils 20 hierzu verwendet werden.
In den Schritten II.a, II.b bzw. II.c wird der erste Kennwert K₁, der zweite Kennwert K₂, der erste Vergleichswert V₁, der zweite Vergleichswert V₂, und/oder der Korrelationswert C bevorzugt in Abhängigkeit des Alters und/oder in Abhängigkeit von einer Toleranz der Klimaanlage 2 bzw. deren Bestandteile bestimmt. Beispielsweise hierfür ein jeweiliger Korrekturfaktor für den ersten Kennwert K₁, für den zweiten Kennwert K₂, für den ersten Vergleichswert V₁, für den zweiten Vergleichswert V₂ bzw. für den Korrelationswert C vorgesehen, der auf dem Speicher 22 hinterlegt ist.
In einem Schritt III. wird der erste Kennwert K₁ mit dem ersten Vergleichswert V₂ und/oder der zweite Kennwert K₂ mit dem zweiten Vergleichswert V₂ verglichen. Insbesondere wird hierbei bestimmt, ob der Betrag der Differenz aus dem ersten Kennwert K₁ und dem ersten Vergleichswert V₁ größer als ein erster Schwellenwert S₁ und/oder der der Betrag der Differenz aus dem zweiten Kennwert K₂ und dem zweiten Vergleichswert V₂ größer als ein zweiter Schwellenwert S₂ ist. Ist dies der Fall wird auf einen Defekt D der Klimaanlage 2 geschlossen. Vorzugsweise wird zur Plausibilisierung zusätzlich der Korrelationswert C mit einem vorgegebenen dritten Schwellenwert S₃ verglichen. Sofern die Korrelation den dritten Schwellenwert S₃ unterschreitet, gilt der Defekt D als bestätigt.
Optional wird in Schritt IV., sofern in Schritt III. ein Defekt D erkannt wurde, dem ersten Kennwert K₁ und/oder dem zweiten Kennwert K₂ eine Defektart D_i zugewiesen. Hierzu werden für jede Defektart D_i, z.B. eine Leckage, ein Defektes Ventil 20 oder ein defekter Kältemittelverdichter 8, jeweils ein erster Zuordnungswertebereich Z_1,i zum Vergleich mit dem ersten Kennwert K₁ und/oder jeweils ein zweiter Zuordnungswertebereich Z_2,i zum Vergleich mit dem zweiten Kennwert K₂ vorgegeben. Diese Zuordnungswertebereiche sind hierzu auf dem Speicher 22 hinterlegt. Der erste Kennwert K₁ wird mit den ersten Zuordnungswertebereichen Z_1,i und/oder der zweite Kennwert K₂ wird mit den zweiten Zuordnungswertebereichen Z_2,i verglichen. Liegt der erste Kennwert K₁ in einem der ersten Zuordnungswertebereichen Z_1,i für eine der Defektarten, so wird auf diese Defektart geschlossen. Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich wird, wenn der zweite Kennwert K₂ in einem der zweiten Zuordnungswertebereiche Z_2,i für eine der Defektarten liegt, auf diese Defektart geschlossen. Besonders bevorzugt wird nur dann auf diese Defektart D_i geschlossen, wenn sowohl der erste Kennwert K₁ im dieser Defektart zugeordneten ersten Zuordnungswertebereich Z_1,i und wenn der zweite Kennwert K₂ im dieser Defektart D_i zugeordneten zweiten Zuordnungswertebereich Z_2,i liegt.
In Schritt V. wird von der Steuereinheit 12 ein (Fehler-)Signal und/oder Daten über den Zustand der Klimaanlage 2, insbesondere der Defektart D_i, an ein (nicht gezeigtes) übergeordnetes Steuergerät, insbesondere dem Fahrzeugsteuergerät, ausgegeben, sofern ein Defekt D erkannt wurde. Folglich können vom übergeordneten Steuergerät dem Defekt D entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden. Beispielsweise wird ein Nutzer der Klimaanlage 2 gewarnt und/oder eine Information über die Art des Defekts D an den Nutzer ausgegeben. Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich hierzu beendet die Steuereinheit 12 den Betrieb des Kältemittelverdichters 8 und/oder betreibt den Elektromotor 10 in einem Notlaufmodus, bei dem beispielsweise die Leistung des Elektromotors 10 und/oder eine Zeitdauer für das Verdichten des Kältemittels beschränkt ist. Auf diese Weise ist eine weitere Beschädigung der Klimaanlage 2, insbesondere des elektrischen Kältemittelverdichters 8 vermieden.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Klimaanlage
4: Kältemittelleitung
6: Verdampfer
8: elektrischer Kältemittelverdichter
10: Elektromotor
12: Steuereinheit des elektrischen Kältemittelverdichters
14: Stromsensor
16: Spannungssensor
18: Steuereinheit des Verdampfers
20: (Expansions-)Ventil
22: Speicher
24: Computerprogramm
C: Korrelationswert
D: Defekt der Klimaanlage
Di: Defektart
K1: erster Kennwert
K2: zweiter Kennwert
I: Motorstrom
Pist: Ist-Leistung des Elektromotors
Pe: erwartete Leistung
S1: erster Schwellenwert
S2: zweiter Schwellenwert
S3: dritter Schwellenwert
U: Versorgungsspannung
V1: erster Vergleichswert
V2: zweiter Vergleichswert
Z1,i: erster Zuordnungswertebereich
Z2,i: zweiter Zuordnungswertebereich
I.: Erfassen des Motorstroms und der Versorgungsspannung
II.a: Bestimmen des ersten Kennwerts und des ersten Vergleichswerts
II.b: Bestimmen des zweiten Kennwerts und des zweiten Vergleichswerts
II.c: Bestimmen der Korrelation zwischen dem Motorstrom und Klimaanlagenparametern
III.: Vergleich der Kennwerte mit den Vergleichswerten
IV.: Bestimmen einer Defektart
V.: Ausgabe eines Fehlersignal und/oder von Daten über den Zustand

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage (2), die einen elektrischen Kältemittelverdichter (8) mit einem Elektromotor (10) aufweist, - wobei ein Motorstrom (I) des erfasst wird, - wobei anhand des erfassten Motorstroms (I) ein Kennwert (K₁, K₂) des aktuellen Zustands der Klimaanlage bestimmt wird, und - wobei zur Erkennung eines Defekts (D) der Kennwert (K₁, K₂) mit einem vorgegebenen oder bestimmten Vergleichs-Wert (V₁, V₂) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Motorstroms (I) eine Ist-Leistung (R_ist) als Kennwert (K₁) bestimmt wird, und dass die Ist-Leistung (R_ist) mit einer erwarteten Leistung (P_e) als Vergleichs-Wert (V₁) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennwert (K₁) und/oder der Vergleichs-Wert (V₁) bei konstantem Motorstrom (I) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Kennwert (K₂) eine zeitliche Änderung des Motorstromes (I) für eine Änderung der Motorgeschwindigkeit bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene oder bestimmte Vergleichs-Wert (V₁, V₂) eine defektfreien Betrieb repräsentiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines Defekts (D) durch den Vergleich des Kennwerts (K₁, K₂) mit dem vorgegebenen oder bestimmten Vergleichs-Wert (V₁, V₂) der Kennwert (K₁, K₂) einer Defektart (D_i) zugewiesen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrelation des Motorstroms (I) mit Klimaanlagenparametern bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichs-Wert (V₁, V₂) in Abhängigkeit des Alters und/oder in Abhängigkeit von einer Toleranz der Klimaanlage (2) und/oder deren Bestandteile (6, 8) bestimmt wird.
Klimaanlage (2) mit einem elektrischen Kältemittelverdichter (8), der einen Elektromotor (10), und einen Stromsensor (14) zur Erfassung des Motorstroms (I) aufweist, sowie mit eine Steuereinheit (12) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Computerprogramm (24), umfassend Befehle, die bewirken, dass die Klimaanlage, insbesondere der elektrische Kältemittelverdichter (8), nach Anspruch 9 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt.