DE112019005898B4 - Fahrzeugklimaanlage - Google Patents

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Abstract

Fahrzeugklimaanlage (1) zum Klimatisieren einer Fahrgastzelle, wenigstens umfassend einen Kompressor (2) zum Verdichten von Kältemittel, einen Verdampfer zum Verdampfen von Kältemittel und eine Steuervorrichtung (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (11) eine Umschaltung zwischen wenigstens einem ersten Betriebsmodus, in dem Kältemittel am Verdampfer verdampft wird, und einem zweiten Betriebsmodus ausführt, in dem Kältemittel an einer größeren Anzahl Verdampfer als im ersten Betriebsmodus verdampft wird, und bei einem Übergang aus dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus unmittelbar vor dem Übergang in den zweiten Betriebsmodus eine Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt, um die Drehzahl des Kompressors (2) zu erhöhen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage der Wärmepumpenbauart zum Klimatisieren einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs.
  • STAND DER TECHNIK
  • Aufgrund der immer offensichtlicher werdenden Umweltproblematik haben sich in den letzten Jahren Fahrzeuge wie Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge weiter verbreitet, die durch einen zum Fahren dienenden Motor angetrieben werden, der von einer im Fahrzeug installierten Batterie mit elektrischem Strom versorgt wird. Als eine Klimaanlage, die für derartige Fahrzeuge geeignet ist, wurde eine Klimaanlage entwickelt, die einen Kältemittelkreislauf umfasst, in dem ein Kompressor, ein Wärmeableiter, eine Wärmesenke (Verdampfer) und ein externer Wärmetauscher verbunden sind, wobei die Fahrgastzelle klimatisiert wird, indem etwa geheizt wird, indem Kältemittel, das am Wärmeableiter Wärme abgegeben hat, im externen Wärmetauscher verdampft (Wärme absorbiert) und gekühlt wird, indem von dem Kompressor abgegebenes Kältemittel am externen Wärmetauscher Wärme abgibt und an der Wärmesenke verdampft (Wärme absorbiert) (siehe Patentdokument 1).
  • Bei Benutzung in einer Umgebung, in der eine Batterie aufgrund von Eigenwärme beispielsweise durch Auf- und Entladung eine hohe Temperatur erreicht hat, sinkt jedoch ihre Leistung und ihre Verschlechterung schreitet voran, und es besteht schließlich die Gefahr eines Versagens durch Betriebsstörungen. Daher wurde auch eine Technik entwickelt, wobei ein Wärmetauscher (Verdampfer) zum Kühlen der Batterie bereitgestellt ist und ein Kältemittel, das in einem Kältemittelkreislauf zirkuliert, zum Wärmetauscher zirkuliert wird, wodurch die Batterie gekühlt werden kann (siehe beispielsweise Patentdokument 2 und Patentdokument 3).
  • LISTE DER REFERENZDOKUMENTE
  • PATENTDOKUMENTE
    • Patentdokument 1: JP 2014-213 765 A
    • Patentdokument 2: JP 5 860 360 B2
    • Patentdokument 3: JP 5 860 361 B2
  • Die Druckschrift DE 10 2017 108 778 A1 offenbart ein Traktionsbatterie-Kühlsystem für ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug, wobei das Kühlsystem ein elektronisches Expansionsventil und eine Kältemittel-zu-Kühlmittel-Wärmetauscher-Kühlvorrichtung umfassen kann.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Bei einer Fahrzeugklimaanlage mit mehreren Verdampfern liegen beispielsweise unmittelbar nach einem aufgrund der Notwendigkeit einer Kühlung eines Temperaturregulierungszielobjekts erforderlichen Übergang aus einem Betriebsmodus, in dem Kältemittel an der Wärmesenke (Verdampfer) verdampft wird, um die Fahrgastzelle zu klimatisieren, in einen Betriebsmodus, um Kältemittel auch zu einem Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher (Verdampfer) strömen zu lassen, mehr Kanäle für die Wärmetauscher derselben vor, weshalb sich ein Zustand ergibt, in dem die Leistung (Drehzahl) des Kompressors nicht ausreicht, sodass die Temperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft vorübergehend ansteigt und sich auch die Kühlung des Temperaturregulierungszielobjekts verzögert.
  • Auch unmittelbar nach einem aufgrund der Notwendigkeit einer Klimatisierung der Fahrgastzelle erforderlichen Übergang aus dem Betriebsmodus, in dem Kältemittel zum Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher (Verdampfer) geströmt wird, in den Betriebsmodus, in dem Kältemittel auch zur Wärmesenke (Verdampfer) geströmt wird, ergibt sich ein Zustand, in dem die Leistung des Kompressors nicht ausreicht, weshalb sich die Kühlung der Fahrgastzelle verzögert und auch die Kühlleistung für das Temperaturregulierungszielobjekt vorübergehend nachlässt, wobei in beiden Fällen das Problem eines unangenehmen Gefühls für den Benutzer und einer Störung der Kühlung des Temperaturregulierungszielobjekts vorliegt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen dieser technischen Probleme des Stands der Technik geschaffen, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugklimaanlage bereitzustellen, die beim Übergang in einen Betriebsmodus mit einer erhöhten Anzahl von Verdampfern zum Verdampfen des Kältemittels einen Leistungsmangel des Kompressors von vorneherein vermeiden kann.
  • LÖSUNG DER AUFGABEN
  • Eine Fahrzeugklimaanlage der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens einen Kompressor zum Verdichten von Kältemittel, mehrere Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels und eine Steuervorrichtung und kühlt eine Fahrgastzelle und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung eine Umschaltung zwischen wenigstens einem ersten Betriebsmodus, in dem ein Kältemittel am Verdampfer verdampft wird, und einem zweiten Betriebsmodus ausführt, in dem Kältemittel an einer größeren Anzahl Verdampfer als im ersten Betriebsmodus verdampft wird, und bei einem Übergang aus dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus unmittelbar vor dem Übergang in den zweiten Betriebsmodus eine Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt, um die Drehzahl des Kompressors zu erhöhen.
  • Eine Fahrzeugklimaanlage gemäß Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der obenstehenden Erfindung als Verdampfer zum Verdampfen von Kältemittel und Kühlen von Luft, die der Fahrgastzelle zugeführt wird, eine Wärmesenke und als Verdampfer zum Verdampfen von Kältemittel und Kühlen eines Temperaturregulierungszielobjekts ein Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher bereitgestellt ist, wobei die Steuervorrichtung im ersten Betriebsmodus Kältemittel an einem der Wärmesenke und des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers verdampfen lässt und im zweiten Betriebsmodus Kältemittel an der Wärmesenke und am Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher verdampfen lässt.
  • Eine Fahrzeugklimaanlage gemäß Anspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei den obenstehenden Erfindungen eine Wärmesenkenventilvorrichtung zum Steuern des Strömens von Kältemittel zu der Wärmesenke und eine Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung zum Steuern des Strömens von Kältemittel zu dem Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher bereitgestellt sind, wobei die Steuervorrichtung im ersten Betriebsmodus eine der Wärmesenkenventilvorrichtung und der Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung öffnet und die andere schließt und im zweiten Betriebsmodus die Wärmesenkenventilvorrichtung und die Temperaturregulierungszielobj ektventilvorrichtung öffnet.
  • Eine Fahrzeugklimaanlage gemäß Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei den obenstehenden Erfindungen die Steuervorrichtung als den ersten Betriebsmodus einen Klimatisierungsmodus (allein), in dem die Wärmesenkenventilvorrichtung geöffnet wird und auf Grundlage der Temperatur der Wärmesenke die Drehzahl des Kompressors gesteuert wird und die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung geschlossen wird, und einen Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) aufweist, in dem die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung geöffnet wird und auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder des durch ihn gekühlten Zielobjekts die Drehzahl des Kompressors gesteuert wird und die Wärmesenkenventilvorrichtung geschlossen wird, und als den zweiten Betriebsmodus einen Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung, in dem die Wärmesenkenventilvorrichtung geöffnet wird und auf Grundlage der Temperatur der Wärmesenke die Drehzahl des Kompressors gesteuert wird und auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder des durch ihn gekühlten Zielobjekts die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung öffnend und schließend gesteuert wird, und einen Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung aufweist, in dem die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung geöffnet wird und auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder des durch ihn gekühlten Zielobjekts die Drehzahl des Kompressors gesteuert wird und auf Grundlage der Temperatur der Wärmesenke die Wärmesenkenventilvorrichtung öffnend und schließend gesteuert wird, wobei sie bei einem Übergang aus dem Klimatisierungsmodus (allein) in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung und aus dem Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) in den Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt.
  • Eine Fahrzeugklimaanlage gemäß Anspruch 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei den obenstehenden Erfindungen die Steuervorrichtung im Klimatisierungsmodus (allein) auf Grundlage einer Solltemperatur der Wärmesenke mittels Vorwärtskopplungsberechnung eine Solldrehzahl des Kompressors berechnet und im Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) auf Grundlage einer Solltemperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder des durch ihn gekühlten Zielobjekts mittels Vorwärtskopplungsberechnung die Solldrehzahl des Kompressors berechnet und bei der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung durch Senken der jeweiligen Solltemperatur die Solldrehzahl des Kompressors erhöht.
  • Eine Fahrzeugklimaanlage gemäß Anspruch 6 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei den Erfindungen von Anspruch 4 oder Anspruch 5 die Steuervorrichtung im Klimatisierungsmodus (allein) oder im Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) für den Fall, dass eine festgelegte Modusübergangsanforderung eingegeben wird, nach dem Erhöhen der Drehzahl des Kompressors mittels der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung oder den Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung übergeht.
  • Eine Fahrzeugklimaanlage gemäß Anspruch 7 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei den Erfindungen von Anspruch 4 oder Anspruch 5 das Temperaturregulierungszielobjekt eine im Fahrzeug installierte Batterie ist, ein zum Fahren dienender Motor des Fahrzeugs durch von der Batterie zugeführte elektrische Energie angetrieben wird und die Steuervorrichtung im Klimatisierungsmodus (allein), falls eine festgelegte Modusübergangsanforderung eingegeben wird, in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung übergeht und im Klimatisierungsmodus (allein), falls eine Ausgangsleistung des zum Fahren dienenden Motors einen festgelegten Schwellenwert erreicht oder überschreitet oder falls ein Anstiegstrend der Ausgangsleistung des zum Fahren dienenden Motors einen festgelegten Schwellenwert erreicht oder überschreitet, die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt.
  • Eine Fahrzeugklimaanlage gemäß Anspruch 8 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei den Erfindungen von Anspruch 4, Anspruch 5 oder Anspruch 7 die Steuervorrichtung im Klimatisierungsmodus (allein), falls eine festgelegte Modusübergangsanforderung eingegeben wird, in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung übergeht und im Klimatisierungsmodus (allein), falls ein Anstiegstrend der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjekts einen Schwellenwert erreicht oder überschreitet, die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt.
  • Eine Fahrzeugklimaanlage gemäß Anspruch 9 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei den Erfindungen von Anspruch 4, Anspruch 5, Anspruch 7 oder Anspruch 8 die Steuervorrichtung im Klimatisierungsmodus (allein), falls eine festgelegte Modusübergangsanforderung eingegeben wird, in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung übergeht und im Klimatisierungsmodus (allein), falls ein Anstiegstrend einer Wärmeerzeugungsmenge des Temperaturregulierungszielobjekts einen Schwellenwert erreicht oder überschreitet, die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt.
  • Eine Fahrzeugklimaanlage gemäß Anspruch 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei den Erfindungen von Anspruch 4, Anspruch 5 oder Anspruch 7 bis Anspruch 9 die Steuervorrichtung im Klimatisierungsmodus (allein), falls eine festgelegte Modusübergangsanforderung eingegeben wird, in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung übergeht und im Klimatisierungsmodus (allein), falls aus Navigationsinformationen ein Anstieg der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjekt vorhergesagt wird, die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt.
  • Eine Fahrzeugklimaanlage gemäß Anspruch 11 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei den Erfindungen von Anspruch 4 bis Anspruch 10 ein internes Gebläse bereitgestellt ist, um Luft, die einen Wärmeaustausch mit der Wärmesenke erfahren hat, in die Fahrgastzelle zu befördern, wobei die Steuervorrichtung, wenn ein Übergang aus dem Klimatisierungsmodus (allein) in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung erfolgt und sie die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt, den Betrieb des internen Gebläses steuert.
  • Eine Fahrzeugklimaanlage gemäß Anspruch 12 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei den Erfindungen von Anspruch 4 bis Anspruch 11 ein Wärmeableiter, um Wärme aus dem Kältemittel abzuleiten und an die Fahrgastzelle geleitete Luft zu erwärmen, und eine Luftmischungsklappe bereitgestellt sind, um den Anteil der durch die Wärmesenke geströmten Luft anzupassen, die zum Wärmeableiter geblasen wird, wobei die Steuervorrichtung, wenn ein Übergang aus dem Klimatisierungsmodus (allein) in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung erfolgt und sie die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt, eine Senkung der Temperatur der durch die Luftmischungsklappe an die Fahrgastzelle geleiteten Luft steuert.
  • WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Da gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Fahrzeugklimaanlage, die wenigstens den Kompressor zum Verdichten von Kältemittel, die mehreren Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels und die Steuervorrichtung umfasst und eine Fahrgastzelle kühlt, die Steuervorrichtung eine Umschaltung zwischen wenigstens dem ersten Betriebsmodus, in dem Kältemittel am Verdampfer verdampft wird, und dem zweiten Betriebsmodus ausführt, in dem Kältemittel an einer größeren Anzahl Verdampfer als im ersten Betriebsmodus verdampft wird, und bei einem Übergang aus dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus unmittelbar vor dem Übergang in den zweiten Betriebsmodus die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt, um die Drehzahl des Kompressors zu erhöhen, kann ein Mangel an Leistung (Drehzahl) des Kompressors unmittelbar nach dem Übergang aus dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus behoben und die Zuverlässigkeit und Markttauglichkeit erhöht werden.
  • Indem beispielsweise wie bei der Erfindung von Anspruch 2 als zum Verdampfen von Kältemittel und Kühlen von Luft, die der Fahrgastzelle zugeführt wird, die Wärmesenke und zum Verdampfen von Kältemittel und Kühlen des Temperaturregulierungszielobjekts der Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher bereitgestellt ist, wobei die Steuervorrichtung im ersten Betriebsmodus Kältemittel an einem der Wärmesenke und des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers verdampfen lässt und im zweiten Betriebsmodus Kältemittel an der Wärmesenke und am Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher verdampfen lässt, kann im ersten Betriebsmodus jeweils die Klimatisierung der Fahrgastzelle bzw. die Kühlung des Temperaturregulierungszielobjekts durchgeführt werden, während im zweiten Betriebsmodus die Kühlung des Temperaturregulierungszielobjekt während der Klimatisierung der Fahrgastzelle durchgeführt werden kann. Indem ferner bei einem Übergang aus dem ersten Betriebsmodus, in dem Kältemittel an der Wärmesenke oder am Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher verdampft wird, in den zweiten Betriebsmodus, in dem Kältemittel an der Wärmesenke und am Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher verdampft wird, die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung durchgeführt wird, kann die Unannehmlichkeit eines Zustands mangelnder Leistung des Kompressors unmittelbar nach dem Übergang aus dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus vermieden werden.
  • Indem dabei wie in der Erfindung von Anspruch 3 die Wärmesenkenventilvorrichtung zum Steuern des Strömens von Kältemittel zu der Wärmesenke und die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung zum Steuern des Strömens von Kältemittel zu dem Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher bereitgestellt sind, wobei die Steuervorrichtung im ersten Betriebsmodus eine der Wärmesenkenventilvorrichtung und der Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung öffnet und die andere schließt und im zweiten Betriebsmodus die Wärmesenkenventilvorrichtung und die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung öffnet, können der erste Betriebsmodus und der zweite Betriebsmodus problemlos ausgeführt werden.
  • Wenn zudem die Steuervorrichtung wie in der Erfindung von Anspruch 4 als den ersten Betriebsmodus den Klimatisierungsmodus (allein), in dem die Wärmesenkenventilvorrichtung geöffnet wird und auf Grundlage der Temperatur der Wärmesenke die Drehzahl des Kompressors gesteuert wird und die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung geschlossen wird, und den Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) ausführt, in dem die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung geöffnet wird und auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher oder des durch ihn gekühlten Zielobjekts die Drehzahl des Kompressors gesteuert wird und die Wärmesenkenventilvorrichtung geschlossen wird, können die Klimatisierung der Fahrgastzelle und die Kühlung des Temperaturregulierungszielobjekts problemlos durchgeführt werden.
  • Indem sie ferner als den zweiten Betriebsmodus den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung, in dem die Wärmesenkenventilvorrichtung geöffnet wird und auf Grundlage der Temperatur der Wärmesenke die Drehzahl des Kompressors gesteuert wird und auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder des durch ihn gekühlten Zielobjekts die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung öffnend und schließend gesteuert wird, und den Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung ausführt, in dem die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung geöffnet wird und auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder des durch ihn gekühlten Zielobjekts die Drehzahl des Kompressors gesteuert wird und auf Grundlage der Temperatur der Wärmesenke die Wärmesenkenventilvorrichtung öffnend und schließend gesteuert wird, kann während der Klimatisierung der Fahrgastzelle und der gleichzeitigen Kühlung des Temperaturregulierungszielobjekts je nach Situation dazwischen umgeschaltet werden, sodass die Klimatisierung der Fahrgastzelle Priorität erhält oder die Kühlung des Temperaturregulierungszielobjekts Priorität erhält, sodass eine angenehme Fahrgastzellenklimatisierung und eine wirkungsvolle Kühlung des Temperaturregulierungszielobjekts erreicht werden können.
  • Indem ferner beim Übergang aus dem Klimatisierungsmodus (allein) in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung und aus dem Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) in den Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausgeführt wird, können die Unannehmlichkeit für den Benutzer, dass unmittelbar nach dem Übergang aus dem Klimatisierungsmodus (allein) in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung die Temperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft ansteigt, und die Unannehmlichkeit, dass unmittelbar nach dem Übergang aus dem Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) in den Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung die Kühlleistung für das Temperaturregulierungszielobjekt sinkt, von vorneherein vermieden werden, und es kann eine bessere Vereinbarkeit zwischen der Klimatisierung der Fahrgastzelle und der Kühlung des Temperaturregulierungszielobjekt erzielt werden.
  • Indem beispielsweise in diesem Fall die Steuervorrichtung wie in der Erfindung von Anspruch 5 im Klimatisierungsmodus (allein) auf Grundlage einer Solltemperatur der Wärmesenke mittels Vorwärtskopplungsberechnung eine Solldrehzahl des Kompressors berechnet und im Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) auf Grundlage einer Solltemperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder des durch ihn gekühlten Zielobjekts mittels Vorwärtskopplungsberechnung die Solldrehzahl des Kompressors berechnet und bei der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung durch Senken der jeweiligen Solltemperatur die Solldrehzahl des Kompressors erhöht, kann im Klimatisierungsmodus (allein) und im Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) durch die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung eine gezieltere Erhöhung der Drehzahl des Kompressors bewirkt werden.
  • Indem die Steuervorrichtung ferner wie bei der Erfindung von Anspruch 6 im Klimatisierungsmodus (allein) oder im Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) für den Fall, dass eine festgelegte Modusübergangsanforderung eingegeben wird, nach dem Erhöhen der Drehzahl des Kompressors mittels der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung oder den Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung übergeht, kann die Drehzahl des Kompressors vor dem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung oder in den Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung zuverlässig erhöht werden.
  • Falls aber das Temperaturregulierungszielobjekt eine im Fahrzeug installierte Batterie ist, ein zum Fahren dienender Motor des Fahrzeugs durch von der Batterie zugeführte elektrische Energie angetrieben wird und die Steuervorrichtung im Klimatisierungsmodus (allein) nach Eingabe einer festgelegten Modusübergangsanforderung in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung übergeht, so ist, falls sich im Klimatisierungsmodus (allein) die Ausgangsleistung des zum Fahren dienenden Motors erhöht, damit zu rechnen, dass anschließend ein Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung erfolgt, da die Temperatur der Batterie ansteigt.
  • Wenn die Steuervorrichtung in diesem Fall wie in der Erfindung von Anspruch 7 im Klimatisierungsmodus (allein) für den Fall, dass die Ausgangsleistung des zum Fahren dienenden Motors einen festgelegten Schwellenwert erreicht oder überschreitet oder ein Anstiegstrend der Ausgangsleistung des zum Fahren dienenden Motors einen festgelegten Schwellenwert erreicht oder überschreitet, die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt, kann sie vor dem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung die Drehzahl des Kompressors erhöhen. Insbesondere kann sie in diesem Fall vor der Eingabe der Modusübergangsanforderung die Drehzahl des Kompressors erhöhen, weshalb ein frühzeitiger Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung möglich ist.
  • Auch wenn im Klimatisierungsmodus (allein) die Temperatur des Temperaturregulierungszielobjekts abrupt ansteigt, ist anschließend mit einem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung zu rechnen, weshalb die Steuervorrichtung, indem sie wie in der Erfindung von Anspruch 8 im Klimatisierungsmodus (allein) für den Fall, dass der Anstiegstrend der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjekts einen festgelegten Schwellenwert erreicht oder überschreitet, die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt, die Drehzahl des Kompressors vor der Modusübergangsanforderung erhöhen kann, weshalb ein frühzeitiger Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung möglich ist.
  • Auch wenn ferner im Klimatisierungsmodus (allein) die Wärmeerzeugungsmenge des Temperaturregulierungszielobjekts abrupt ansteigt, ist anschließend mit einem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung zu rechnen, weshalb die Steuervorrichtung, indem sie wie in der Erfindung von Anspruch 9 im Klimatisierungsmodus (allein) für den Fall, dass der Anstiegstrend der Wärmeerzeugungsmenge des Temperaturregulierungszielobjekts einen festgelegten Schwellenwert erreicht oder überschreitet, die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt, die Drehzahl des Kompressors vor der Modusübergangsanforderung erhöhen kann, weshalb ein frühzeitiger Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung möglich ist.
  • Wenn ferner im Klimatisierungsmodus (allein) beispielsweise für längere Zeit schnell gefahren wird, und anschließend die Temperatur des Temperaturregulierungszielobjekt ansteigt, ist anschließend mit einem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung zu rechnen, weshalb die Steuervorrichtung, indem sie wie in der Erfindung von Anspruch 10 im Klimatisierungsmodus (allein) für den Fall, dass anhand von Navigationsinformationen ein Anstieg der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjekts vorhergesagt wird, die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt, die Drehzahl des Kompressors vor der Modusübergangsanforderung erhöhen kann, weshalb ein frühzeitiger Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung möglich ist.
  • Im Klimatisierungsmodus (allein) besteht bei einer Erhöhung der Drehzahl des Kompressors für den Zeitraum vor dem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung die Gefahr, dass die Temperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft sinkt, und indem die Steuervorrichtung wie in der Erfindung von Anspruch 11 für den Fall, dass sie beim Übergang aus dem Klimatisierungsmodus (allein) in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt, den Betrieb des internen Gebläses unterbindet, kann die Unannehmlichkeit behoben werden, dass die Fahrgastzelle übermäßig klimatisiert wird.
  • Auch indem die Steuervorrichtung wie in der Erfindung von Anspruch 12 für den Fall, dass sie beim Übergang aus dem Klimatisierungsmodus (allein) in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung den
  • Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt, die Reduzierung der Temperatur der durch die Luftmischungsklappe in die Fahrgastzelle geleiteten Luft einschränkt, kann die Unannehmlichkeit behoben werden, dass die Fahrgastzelle übermäßig klimatisiert wird.
  • Figurenliste
  • Es zeigen:
    • 1 ein Aufbaudiagramm einer Fahrzeugklimaanlage einer Ausführungsform, auf die die vorliegende Erfindung angewandt wurde;
    • 2 ein elektrisches Schaltdiagramm einer Steuervorrichtung der Fahrzeugklimaanlage aus 1;
    • 3 eine erläuternde Ansicht von durch die Steuervorrichtung ausgeführten Betriebsmodi aus 2;
    • 4 ein Aufbaudiagramm der Fahrzeugklimaanlage zur Erläuterung eines Heizmodus der Steuervorrichtung aus 2 mittels eines Wärmepumpen-Controllers;
    • 5 ein Aufbaudiagramm der Fahrzeugklimaanlage zur Erläuterung eines Entfeuchtungsheizmodus der Steuervorrichtung aus 2 mittels des Wärmepumpen-Controllers;
    • 6 ein Aufbaudiagramm der Fahrzeugklimaanlage zur Erläuterung eines Entfeuchtungskühlmodus der Steuervorrichtung aus 2 mittels des Wärmepumpen-Controllers;
    • 7 ein Aufbaudiagramm der Fahrzeugklimaanlage zur Erläuterung eines Kühlmodus der Steuervorrichtung aus 2 mittels des Wärmepumpen-Controllers;
    • 8 ein Aufbaudiagramm der Fahrzeugklimaanlage zur Erläuterung eines Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung und eines Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung der Steuervorrichtung aus 2 mittels des Wärmepumpen-Controllers;
    • 9 ein Aufbaudiagramm der Fahrzeugklimaanlage zur Erläuterung eines Batteriekühlungsmodus (allein) der Steuervorrichtung aus 2 mittels des Wärmepumpen-Controllers;
    • 10 ein Aufbaudiagramm der Fahrzeugklimaanlage zur Erläuterung eines Enteisungsmodus der Steuervorrichtung aus 2 mittels des Wärmepumpen-Controllers;
    • 11 ein Steuerungsblockdiagramm bezüglich einer Kompressorsteuerung des Wärmepumpen-Controllers der Steuervorrichtung aus 2;
    • 12 ein weiteres Steuerungsblockdiagramm bezüglich der Kompressorsteuerung des Wärmepumpen-Controllers der Steuervorrichtung aus 2;
    • 13 noch ein weiteres Steuerungsblockdiagramm bezüglich der Kompressorsteuerung des Wärmepumpen-Controllers der Steuervorrichtung aus 2;
    • 14 eine erläuternde Ansicht einer Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung des Wärmepumpen-Controllers der Steuervorrichtung aus 2; und
    • 15 eine weitere erläuternde Ansicht einer Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung des Wärmepumpen-Controllers der Steuervorrichtung aus 2.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend wird auf Grundlage der beiliegenden Figuren eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. 1 zeigt eine Strukturansicht einer Fahrzeugklimaanlage 1 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dem Fahrzeug des Ausführungsbeispiels der Anwendung der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Elektrofahrzeug (EF) ohne Verbrennungsmotor (Brennkraftmaschine), das angetrieben wird, indem ein zum Fahren dienender Motor (Elektromotor, nicht dargestellt) mit elektrischer Energie versorgt wird, die in einer im Fahrzeug montierten Batterie 55 gespeichert ist, und auch ein nachstehend beschriebener Kompressor 2 der erfindungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage 1 wird durch die elektrische Energie von der Batterie 55 angetrieben.
  • Das heißt, die Fahrzeugklimaanlage 1 des Ausführungsbeispiels führt in dem Elektrofahrzeug, in dem ein Heizen mittels Motorabwärme nicht möglich ist, eine Klimatisierung der Fahrgastzelle und eine Temperaturregelung der Batterie 55 durch Umschalten zwischen den Betriebsmodi Heizmodus, Entfeuchtungsheizmodus, Entfeuchtungskühlmodus, Kühlmodus, Enteisungsmodus, Modus für Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung, Modus für Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und einen Batteriekühlungsmodus (allein) durch den Wärmepumpenbetrieb über den Kältemittelkreislauf R durch.
  • Dabei sind der Kühlmodus und der Batteriekühlungsmodus (allein) Ausführungsbeispiele für den ersten Betriebsmodus der vorliegenden Erfindung, und der Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung und der Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung sind Ausführungsbeispiele für den zweiten Betriebsmodus. Außerdem ist der Kühlmodus ein Ausführungsbeispiel für den Klimatisierungsmodus (allein) der vorliegenden Erfindung, der Batteriekühlungsmodus (allein) ist ein Ausführungsbeispiel für den Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) der vorliegenden Erfindung, der Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung ist ein Ausführungsbeispiel für den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung der vorliegenden Erfindung und der Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung ist ein Ausführungsbeispiel für den Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung der vorliegenden Erfindung.
  • Das Fahrzeug ist nicht auf ein Elektrofahrzeug beschränkt, und die vorliegende Erfindung ist auch für ein so genanntes Hybridfahrzeug nützlich, das sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen zum Fahren dienenden Motor verwendet. Bei einem Fahrzeug, auf das die Fahrzeugklimaanlage 1 des Ausführungsbeispiels angewandt wird, kann die Batterie 55 durch ein externes Ladegerät (Schnellladegerät oder normales Ladegerät) aufgeladen werden. Die Batterie 55, ein zum Fahren dienender Motor, diese steuernde Wechselrichter und dergleichen sind jeweils im Fahrzeug installierte Temperaturregulierungszielobjekte, doch erfolgt die Beschreibung im untenstehenden Ausführungsbeispiel am Beispiel der Batterie 55.
  • Die Fahrzeugklimaanlage 1 des Ausführungsbeispiels führt die Klimatisierung (Heizung, Kühlung, Entfeuchtung und Lüftung) durch, und ein elektrisch angetriebener Kompressor 2 zum Komprimieren von Kältemittel, ein Wärmeableiter 4, der in einem Luftkanal 3 einer Klimatisierungseinheit 10, in welchem Fahrgastzellenluft zirkuliert, vorgesehen ist, in den über einen Dämpfer 5 und die Kältemittelleitung 13G aus dem Kompressor 2 abgegebenes heißes Hochdruckkältemittel strömt und der bewirkt, dass das Kältemittel Wärme an die Fahrgastzelle abgibt (Wärme aus dem Kältemittel abgeführt wird), ein externes Expansionsventil 6, das durch ein elektrisch angetriebenes Ventil (elektronisches Expansionsventil) gebildet ist, das während des Heizens eine Druckreduzierung und Ausdehnung des Kältemittels bewirkt, ein externer Wärmetauscher 7, der beim Kühlen als Wärmeableiter dient und bewirkt, dass das Kältemittel Wärme abgibt, und beim Heizen als Verdampfer dient, der bewirkt, dass das Kältemittel Wärme absorbiert (das Kältemittel Wärme aufnimmt), und einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Außenluft durchführt, ein internes Expansionsventil 8, das durch ein mechanisches Expansionsventil ausgebildet ist, das eine Druckreduzierung und Ausdehnung des Kältemittels bewirkt, eine als Verdampfer dienende Wärmesenke 9, die im Luftkanal 3 vorgesehen ist und beim Kühlen und Entfeuchten bewirkt, dass das Kältemittel von innerhalb und außerhalb der Fahrgastzelle Wärme absorbiert (verdampft), ein Akkumulator 12 und dergleichen sind nacheinander durch eine Kältemittelleitung 13 verbunden und bilden auf diese Weise einen Kältemittelkreislauf R.
  • Das externe Expansionsventil 6 ermöglicht neben der Druckreduzierung und Ausdehnung des Kältemittels, das aus dem Wärmeableiter 4 in den externen Wärmetauscher 7 strömt, auch eine vollständige Schließung. Das interne Expansionsventil 8, für das im Ausführungsbeispiel ein mechanisches Expansionsventil benutzt wird, stellt neben der Druckreduzierung und Ausdehnung des Kältemittels, das in die Wärmesenke 9 strömt, auch den Überhitzungsgrad des Kältemittels in der Wärmesenke 9 ein.
  • Am externen Wärmetauscher 7 ist außerdem ein externes Gebläse 15 vorgesehen. Indem das externe Gebläse 15 den externen Wärmetauscher 7 mit Außenluft zwangsbelüftet, bewirkt es einen Wärmeaustausch zwischen der Außenluft und dem Kältemittel, wodurch ein Aufbau vorliegt, bei dem der externe Wärmetauscher 7 bei angehaltenem Fahrzeug (also einer Fahrgeschwindigkeit von 0 km/h) zwangsbelüftet wird.
  • Der externe Wärmetauscher 7 weist auf der kältemittelstromabwärtigen Seite nacheinander einen Trockenflaschenabschnitt 14 und einen Unterkühlungsabschnitt 16 auf, und eine Kältemittelleitung 13A auf der Kältemittelauslassseite des externen Wärmetauschers 7 ist über ein elektromagnetisches Ventil 17 (zur Kühlung), das als Öffnungs- und Schließventil dient, welches geöffnet wird, damit Kältemittel zur Wärmesenke 9 strömen kann, mit dem Trockenflaschenabschnitt 14 verbunden, und eine Kältemittelleitung 13B auf der Auslassseite des Unterkühlungsabschnitts 16 ist nacheinander über ein Rückschlagventil 18, das interne Expansionsventil 8 und ein als Wärmesenkenventilvorrichtung dienendes elektromagnetisches Ventil 35 (für die Fahrgastzelle) mit der Kältemitteleinlassseite der Wärmesenke 9 verbunden. Der Trockenflaschenabschnitt 14 und der Unterkühlungsabschnitt 16 sind strukturell als ein Abschnitt des externen Wärmetauschers 7 ausgebildet. Die normale Richtung des Rückschlagventils 18 ist die Richtung des internen Expansionsventils 8. Im Ausführungsbeispiel sind das interne Expansionsventil 8 und das elektromagnetische Ventil 35 beide als Expansionsventil mit elektromagnetischem Ventil ausgebildet.
  • Die aus dem externen Wärmetauscher 7 tretende Kältemittelleitung 13A verzweigt sich in eine Kältemittelleitung 13D, und die abgezweigte Kältemittelleitung 13D steht über ein elektromagnetisches Ventil 21 (zum Heizen) als Öffnungs- und Schließventil, das beim Heizen geöffnet wird, mit einer Kältemittelleitung 13C auf der Kältemittelauslassseite der Wärmesenke 9 in Verbindung. Die Kältemittelleitung 13C ist mit der Einlassseite des Akkumulators 12 verbunden, und die Auslassseite des Akkumulators 12 ist mit einer Kältemittelleitung 13K auf der Kältemittelansaugseite des Kompressors 2 verbunden.
  • Mit einer Kältemittelleitung 13E auf der Kältemittelauslassseite des Wärmeableiters 4 ist ein Sieb 19 verbunden, und die Kältemittelleitung 13E verzweigt sich vor dem externen Expansionsventil 6 (kältemittelstromaufwärtig) in eine Kältemittelleitung 13J und eine Kältemittelleitung 13F, und die eine abgezweigte Kältemittelleitung 13J ist über das externe Expansionsventil 6 mit der Kältemitteleinlassseite des externen Wärmetauschers 7 verbunden. Die andere abgezweigte Kältemittelleitung 13F steht über ein elektromagnetisches Ventil 22 (zur Entfeuchtung), das als Öffnungs- und Schließventil gebildet ist, welches beim Entfeuchten geöffnet wird, mit der kältemittel stromabwärts des Rückschlagventils 18 und kältemittelstromaufwärts des internen Expansionsventils 8 angeordneten Kältemittelleitung 13B in Verbindung.
  • Dadurch ist die Kältemittelleitung 13F in Bezug auf die Reihenschaltung des externen Expansionsventils 6, des externen Wärmetauschers 7 und des Rückschlagventils 18 parallel geschaltet und bildet einen Umgehungskreis zum Umgehen des externen Expansionsventils 6, des externen Wärmetauschers 7 und des Rückschlagventils 18. Mit dem externen Expansionsventil 6 ist als Öffnungs- und Schließventil zum Umleiten ein elektromagnetisches Ventil 20 parallel geschaltet.
  • Im Luftkanal 3 luftstromaufwärts der Wärmesenke 9 sind Ansaugöffnungen als Außenluftansaugöffnung und Innenluftansaugöffnung gebildet (in 1 ist repräsentativ eine Ansaugöffnung 25 gezeigt), wobei in der Ansaugöffnung 25 eine Ansaugumschaltklappe 26 vorgesehen ist, die bezüglich der in den Luftkanal 3 eingeleiteten Luft zwischen Innenluft von innerhalb der Fahrgastzelle (Innenluftkreislauf) und Außenluft von außerhalb der Fahrgastzelle (Außenlufteinleitung) umschaltet. Luftstromabwärts der Ansaugumschaltklappe 26 ist außerdem ein internes Gebläse (Lüfter) 27 vorgesehen, das dem Luftkanal 3 eingeleitete Innenluft oder Außenluft zuführt.
  • Die Ausgestaltung ist derart, dass, indem die Ansaugumschaltklappe 26 des Ausführungsbeispiels die Außenluftansaugöffnung und die Innenluftansaugöffnung der Luftansaugöffnungen 25 in einem beliebigen Maß öffnet oder schließt, der Anteil von Innenluft an der Luft (Außenluft und Innenluft) im Luftkanal 3, die in die Wärmesenke 9 strömt, zwischen 0 und 100 % angepasst werden kann (und auch der Anteil der Außenluft ist zwischen 100 und 0 % anpassbar).
  • Blasluftabwärts (luftstromabwärts) des Wärmeableiters 4 ist im Luftkanal 3 eine Hilfsheizeinrichtung 23 vorgesehen, die als Hilfserwärmungsvorrichtung dient, welche im Ausführungsbeispiel durch eine PTC-Heizeinrichtung (elektrische Heizeinrichtung) gebildet ist und die eine Erwärmung der Luft ermöglicht, die der Fahrgastzelle über den Wärmeableiter 4 zugeführt wird. Luftstromaufwärts des Wärmeableiters 4 ist im Luftkanal 3 eine Luftmischungsklappe 28 vorgesehen, die den Anteil einstellt, mit dem Luft (Innenluft oder Außenluft) im Luftkanal 3, die in den Luftkanal 3 und durch die Wärmesenke 9 geströmt ist, den Wärmeableiter 4 und die Hilfsheizeinrichtung 23 belüftet.
  • Außerdem sind luftstromabwärts des Wärmeableiters 4 im Luftkanal 3 Ausblasöffnungen FOOT (Fuß), VENT (Lüftung) und DEF (Def.) gebildet (in 1 repräsentativ als Ausblasöffnung 29 gezeigt), und an den Ausblasöffnungen 29 ist eine Ausblasumschaltklappe 31 vorgesehen, die eine Umschaltsteuerung des Ausblasens der Luft aus den Ausblasöffnungen durchführt.
  • Die Fahrzeugklimaanlage 1 weist außerdem eine Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung 61 auf, die den Wärmeträger zur Batterie 55 (Temperaturregulierungszielobjekt) zirkuliert und so die Temperatur der Batterie 55 reguliert. Die Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung 61 des Ausführungsbeispiels weist als Zirkulationsvorrichtung zum Zirkulieren des Wärmeträgers zur Batterie 55 eine Zirkulationspumpe 62, als Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher, bei dem es sich um einen Verdampfer handelt, einen Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 und als Erwärmungsvorrichtung eine Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 auf, und diese und die Batterie 55 sind mittels einer Wärmeträgerleitung 66 ringartig verbunden.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist der Einlass eines Wärmeträgerströmungswegs 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 mit der Ausgabeseite der Zirkulationspumpe 62 verbunden, und der Auslass des Wärmeträgerströmungswegs 64A ist mit dem Einlass einer Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 verbunden. Der Auslass der Wärmeträgererwärmungseinrichtung 63 ist mit dem Einlass der Batterie 55 verbunden und der Auslass der Batterie 55 ist mit der Ansaugseite der Zirkulationspumpe 62 verbunden.
  • Als für die Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung 61 benutzter Wärmeträger kann beispielsweise Wasser, ein Kältemittel wie etwa HFO-1234yf, eine Flüssigkeit wie Kühlmittel oder dergleichen oder ein Gas wie Luft oder dergleichen verwendet werden. Im Ausführungsbeispiel wird Wasser als Wärmeträger verwendet. Die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 ist als elektrische Heizeinrichtung wie etwa ein PTC-Heizelement ausgebildet. Um die Batterie 55 ist beispielsweise eine Mantelstruktur ausgebildet, in der der Wärmeträger in Wärmeaustauschbeziehung zu der Batterie 55 strömen kann.
  • Wenn die Zirkulationspumpe 62 betrieben wird, strömt der aus der Zirkulationspumpe 62 abgegebene Wärmeträger in den Wärmeträgerströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64. Der aus dem Wärmeträgerströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 getretene Wärmeträger erreicht die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 und wird, falls die erste Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 Wärme erzeugt, dort erwärmt und erreicht daraufhin die Batterie 55, wo der Wärmeträger einen Wärmeaustausch mit der Batterie 55 erfährt. Nach dem Wärmeaustausch des Wärmeträgers mit der Batterie 55 wird er durch Ansaugen durch die Zirkulationspumpe 62 in der Wärmeträgerleitung 66 zirkuliert.
  • Kältemittelstromabwärts eines Verbindungsabschnitts zwischen der Kältemittelleitung 13F und der Kältemittelleitung 13B des Kältemittelkreislaufs R an einer Stelle der Kältemittelleitung 13B kältemittelstromaufwärts des internen Expansionsventils 8 ist ein Ende einer als Verzweigungskreislauf dienenden Verzweigungsleitung 67 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel der Verzweigungsleitung 67 sind der Reihe nach ein als mechanisches Expansionsventil ausgebildetes Hilfsexpansionsventil 68 und als Ventilvorrichtung für das Temperaturregulierungszielobjekt ein elektromagnetisches Ventil (für den Kühler) 69 bereitgestellt. Das Hilfsexpansionsventil 68 bewirkt eine Druckreduzierung und Ausdehnung des in einem nachstehend beschriebenen Kältemittelströmungsweg 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 strömenden Kältemittels und reguliert die Erwärmungstemperatur des Kältemittels in dem Kältemittelströmungsweg 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64. Im Ausführungsbeispiel sind das Hilfsexpansionsventil 68 und das elektromagnetische Ventil 69 beide als Expansionsventil mit elektromagnetischem Ventil ausgebildet.
  • Das andere Ende der Verzweigungsleitung 67 ist mit dem Kältemittelströmungsweg 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 verbunden, und mit dem Auslass des Kältemittelströmungswegs 64B ist ein Ende einer Kältemittelleitung 71 verbunden, während das andere Ende der Kältemittelleitung 71 kältemittelstromaufwärts des Vereinigungspunkts mit der Kältemittelleitung 13D (kältemittelstromaufwärts des Akkumulators 12) mit der Kältemittelleitung 13C verbunden ist. Das Hilfsexpansionsventil 68, das elektromagnetische Ventil 69, dem Kältemittelströmungsweg 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 und dergleichen bilden ebenfalls einen Teil des Kältemittelkreislaufs R und bilden zugleich einen Teil der Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung 61.
  • Wenn das elektromagnetische Ventil 69 geöffnet ist, strömt Kältemittel (ein Teil des Kältemittels oder das gesamte Kältemittel) aus dem externen Wärmetauscher 7 in die Verzweigungsleitung 67, und nach einer Druckreduzierung durch das Hilfsexpansionsventil 68 strömt es über das elektromagnetische Ventil 69 in den Kältemittelströmungsweg 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 und verdampft. Während das Kältemittel im Kältemittelströmungsweg 64B strömt, absorbiert es Wärme aus dem im Wärmeträgerströmungsweg 64A strömenden Wärmeträger und wird dann über die Kältemittelleitung 71, die Kältemittelleitung 13C und den Akkumulator 12 aus der Kältemittelleitung 13K in den Kompressor 2 gesaugt.
  • Als Nächstes zeigt 2 ein Blockdiagramm der Steuervorrichtung 11 der Fahrzeugklimaanlage 1. Die Steuervorrichtung 11 ist durch einen Klimatisierungs-Controller 45 und einen Wärmepumpen-Controller 32 ausgebildet, die jeweils durch einen Mikrocomputer ausgebildet sind, bei dem es sich um ein Beispiel für einen Computer handelt, und sind mit einem Fahrzeugkommunikationsbus 65 verbunden, der ein CAN (Controller Area Network) oder LIN (Local Interconnect Network) ausbildet. Auch der Kompressor 2 und die Hilfsheizeinrichtung 23 sowie die Zirkulationspumpe 62 und die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 sind mit dem Fahrzeugkommunikationsbus 65 verbunden, und der Klimatisierungs-Controller 45, der Wärmepumpen-Controller 32, der Kompressor 2, die Hilfsheizeinrichtung 23, die Zirkulationspumpe 62 und die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 sind derart ausgebildet, dass sie über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 Daten austauschen.
  • Ein Fahrzeug-Controller 72 (ECU) zum Regeln der allgemeinen Fahrzeugsteuerung einschließlich des Fahrens, ein Batterie-Controller (BMS: Batteriemanagementsystem) 73 zum Regeln der Steuerung des Auf- und Entladens der Batterie 55 und eine GPS-Navigationsvorrichtung 74 sind mit einem Fahrzeugkommunikationsbus 65 verbunden. Der Fahrzeug-Controller 72, der Batterie-Controller 73 und die GPS-Navigationsvorrichtung 74 sind durch einen Mikrocomputer ausgebildet, bei dem es sich um ein Beispiel für einen mit Prozessor ausgestatteten Computer handelt, und der Klimatisierungs-Controller 45 und der Wärmepumpen-Controller 32, welche die Steuervorrichtung 11 ausbilden, sind derart konfiguriert, dass sie über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 Informationen (Daten) mit dem Fahrzeug-Controller 72, dem Batterie-Controller 73 und der GPS-Navigationsvorrichtung 74 austauschen können.
  • Bei dem Klimatisierungs-Controller 45 handelt es sich um einen übergeordneten Controller, der die Steuerung der Fahrgastzellenklimatisierung regelt, und mit dem Eingang des Klimatisierungs-Controllers 45 sind ein Außentemperatursensor 33, der eine Außenlufttemperatur Tam erfasst, ein Außenluftfeuchtigkeitssensor 34 zum Erfassen der Außenluftfeuchtigkeit, ein Klimaanlagenansaugtemperatursensor 36, der eine Temperatur von Luft erfasst, die durch die Ansaugöffnung 25 in den Luftkanal 3 gesaugt wird und in die Wärmesenke 9 strömt, ein Innentemperatursensor 37, der eine Temperatur der Luft in der Fahrgastzelle (Innenluft) erfasst, ein Innenluftfeuchtigkeitssensor 38, der die Feuchtigkeit der Luft in der Fahrgastzelle erfasst, ein interner CO2-Konzentrationssensor 39, der eine Konzentration von Kohlendioxid in der Fahrgastzelle erfasst, ein Ausblastemperatursensor 41, der eine Temperatur der in die Fahrgastzelle ausgeblasenen Luft erfasst, ein Lichteinfallsensor 51 etwa des Fotosensortyps, der die in die Fahrgastzelle einfallende Lichtmenge erfasst, verschiedene Ausgänge von Fahrgeschwindigkeitssensoren 52, die die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (Fahrzeuggeschwindigkeit VSP) erfassen, und ein Klimaregelungsabschnitt 53 verbunden, der Klimaanlageneinstellbedienvorgänge der Fahrgastzelle wie etwa Umschaltungen der Einstelltemperatur der Fahrgastzelle, eines Betriebsmodus und dergleichen und Informationsanzeigen durchführt. Ein Bezugszeichen 53A in den Figuren bezeichnet ein Display, das als eine Anzeigeausgabevorrichtung am Klimaregelungsabschnitt 53 bereitgestellt ist.
  • Mit dem Ausgang des Klimatisierungs-Controllers 45 sind das externe Gebläse 15, das interne Gebläse (Lüfter) 27, die Ansaugumschaltklappe 26, die Luftmischungsklappe 28 und die Ausblasumschaltklappe 31 verbunden und werden durch den Klimatisierungs-Controller 45 gesteuert.
  • Bei dem Wärmepumpen-Controller 32 handelt es sich um einen Controller, der vor allem die Steuerung des Kältemittelkreislaufs R regelt, und mit dem Eingang des Wärmepumpen-Controllers 32 sind die Ausgänge eines Wärmeableitereinlasstemperatursensors 43 zum Erfassen der Kältemitteleinlasstemperatur Tcxin des Wärmeableiters 4 (die auch die Kältemittelabgabetemperatur des Kompressors 2 ist), eines Wärmeableiterauslasstemperatursensors 44 zum Erfassen der Kältemittelauslasstemperatur Tci des Wärmeableiters 4, eines Ansaugtemperatursensors 46 zum Erfassen der Kältemittelansaugtemperatur Ts des Kompressors 2, eines Wärmeableiterdrucksensors 47 zum Erfassen des Kältemitteldrucks auf der Kältemittelauslassseite des Wärmeableiters 4 (Druck des Wärmeableiters 4: Wärmeableiterdruck Pci), eines Wärmesenkentemperatursensors 48 zum Erfassen der Temperatur der Wärmesenke 9 (Kältemitteltemperatur der Wärmesenke 9: Wärmesenkentemperatur Te), eines Temperatursensors 49 des externen Wärmetauschers zum Erfassen der Kältemitteltemperatur am Auslass des externen Wärmetauschers 7 (Kältemittelverdampfungstemperatur des externen Wärmetauschers 7: Temperatur TXO des externen Wärmetauschers) und von Hilfsheizeinrichtungstemperatursensoren 50A (Fahrersitzseite) und 50B (Beifahrersitzseite) zum Erfassen der Temperatur der Hilfsheizeinrichtung 23 verbunden.
  • Mit dem Ausgang des Wärmepumpen-Controllers 32 sind das externe Expansionsventil 6 und die verschiedenen elektromagnetischen Ventile wie das elektromagnetische Ventil 22 (zum Entfeuchten), das elektromagnetische Ventil 17 (zum Kühlen), das elektromagnetische Ventil 21 (zum Heizen), das elektromagnetische Ventil 20 (zum Umleiten), das elektromagnetische Ventil 35 (für die Fahrgastzelle) und das elektromagnetische Ventil 69 (für den Kühler) verbunden und werden durch den Wärmepumpen-Controller 32 gesteuert. Im Kompressor 2, in der Hilfsheizeinrichtung 23, in der Zirkulationspumpe 62 und in der Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 ist jeweils ein Controller untergebracht, wobei die Controller des Kompressors 2, der Hilfsheizeinrichtung 23, der Zirkulationspumpe 62 und der Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 Daten mit dem Wärmepumpen-Controller 32 austauschen und durch den Wärmepumpen-Controller 32 gesteuert werden.
  • Die Zirkulationspumpe 62 und die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63, die die Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung 61 ausbilden, können auch durch den Batterie-Controller 73 gesteuert werden. Mit dem Batterie-Controller 73 sind die Ausgänge eines Wärmeträgertemperatursensors 76 zum Erfassen der Temperatur des Wärmeträgers auf der Auslassseite des Wärmeträgerströmungswegs 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 der Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung 61 (Wärmeträgertemperatur Tw) und eines Batterietemperatursensors 77 zum Erfassen der Temperatur der Batterie 55 (Temperatur der Batterie 55 selbst: Batterietemperatur Tcell) verbunden. Informationen zur Restladung (gespeicherten Strommenge) der Batterie 55 und zur Aufladung der Batterie 55 (Information, dass eine Aufladung im Gange ist, Information, dass die Aufladung abgeschlossen ist, verbleibende Aufladungsdauer usw.), die Wärmeträgertemperatur Tw, die Batterietemperatur Tcell, die Wärmeerzeugungsmenge der Batterie 55 (durch den Batterie-Controller 73 aus der Stromzufuhrmenge und dergleichen berechnet) und dergleichen werden vom Batterie-Controller 73 über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 an den Klimatisierungs-Controller 45 und den Fahrzeug-Controller 72 gesendet. Informationen zum Abschluss der Aufladung oder zur verbleibenden Aufladungsdauer beim Aufladen der Batterie 55 sind Informationen, die von dem externen Ladegerät wie etwa dem Schnellladegerät oder dergleichen zugeführt werden. Außerdem wird vom Fahrzeug-Controller 72 die Ausgangsleistung Mpower des zum Fahren dienenden Motors an den Wärmepumpen-Controller 32 und den Klimatisierungs-Controller 45 gesendet.
  • Der Wärmepumpen-Controller 32 und der Klimatisierungs-Controller 45 tauschen über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 Daten miteinander aus und steuern auf Grundlage der Ausgänge der verschiedenen Sensoren und der in den Klimaregelungsabschnitt 53 eingegebenen Einstellungen die verschiedenen Geräte, wobei die Ausgestaltung in diesem Ausführungsbeispiel derart sind, dass die Ausgänge des Außentemperatursensors 33, des Außenluftfeuchtigkeitssensors 34, des Klimaanlagenansaugtemperatursensors 36, des Innentemperatursensors 37, des Innenluftfeuchtigkeitssensors 38, des CO2-Konzentrationssensors 39, des Ausblastemperatursensors 41, des Lichteinfallsensors 51, des Fahrgeschwindigkeitssensors 52, der Blasluftmenge Ga der Luft, die in den Luftkanal 3 und durch den Luftkanal 3 strömt (berechnet durch den Klimatisierungs-Controller 45), des durch die Luftmischungsklappe 28 bewirkten Blasluftanteils SW (berechnet durch den Klimatisierungs-Controller 45), der Spannung (BLV) des internen Gebläses 27, der Informationen von dem erwähnten Batterie-Controller 73, der Informationen von der GPS-Navigationsvorrichtung 74 und des Klimaregelungsabschnitts 53 vom Klimatisierungs-Controller 45 über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 an den Wärmepumpen-Controller 32 gesendet und für die Steuerung durch den Wärmepumpen-Controller 32 bereitgestellt werden.
  • Der Wärmepumpen-Controller 32 sendet außerdem Daten (Informationen) zur Steuerung des Kältemittelkreislaufs R über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 an den Klimatisierungs-Controller 45. Der durch die Luftmischungsklappe 28 bewirkte Blasluftanteil SW wird durch den Klimatisierungs-Controller 45 innerhalb eines Bereichs von 0 ≤ SW ≤ 1 berechnet. Wenn SW = 1, so wird durch die Luftmischungsklappe 28 die gesamte durch die Wärmesenke 9 getretene Luft zum Wärmeableiter 4 und zur Hilfsheizeinrichtung 23 geblasen.
  • Es folgt die Beschreibung des Betriebs der Fahrzeugklimaanlage 1 mit dem oben beschriebenen Aufbau anhand des folgenden Ausführungsbeispiels. Und zwar schaltet die Fahrzeugklimaanlage 1 (Klimatisierungs-Controller 45, Wärmepumpen-Controller 32) des Ausführungsbeispiels zwischen den Klimatisierungsbetriebsarten Heizmodus, Entfeuchtungsheizmodus, Entfeuchtungskühlmodus, Kühlmodus und Modus für Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung, den Batteriekühlungsbetriebsarten Modus für Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und Batteriekühlungsmodus (allein) und dem Enteisungsmodus um. Dies ist in 3 gezeigt.
  • Die Klimatisierungsbetriebsarten Heizmodus, Entfeuchtungsheizmodus, Entfeuchtungskühlmodus, Kühlmodus und Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung werden im Ausführungsbeispiel ausgeführt, wenn die Batterie 55 nicht aufgeladen wird, die Zündung (IGN) eingeschaltet ist und ein Klimatisierungsschalter des Klimaregelungsabschnitts 53 eingeschaltet ist. Beim ferngesteuerten Betrieb (Vorklimatisierung usw.) werden sie auch bei ausgeschalteter Zündung ausgeführt. Auch während der Aufladung der Batterie 55 werden sie ausgeführt, wenn keine Batteriekühlungsanforderung vorliegt und der Klimatisierungsschalter eingeschaltet ist. Die Batteriekühlungsbetriebsarten Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und Batteriekühlungsmodus (allein) dagegen werden ausgeführt, wenn beispielsweise ein Stecker an ein Schnellladegerät (externe Stromquelle) angeschlossen ist und die Batterie 55 aufgeladen wird. Allerdings wird der Batteriekühlungsmodus (allein) auch dann ausgeführt, wenn die Batterie 55 nicht aufgeladen wird, der Klimatisierungsschalter ausgeschaltet ist und eine Batteriekühlungsanforderung vorliegt (beim Fahren bei hoher Außentemperatur usw.).
  • Wenn die Zündung eingeschaltet ist oder die Zündung ausgeschaltet ist, aber die Batterie 55 aufgeladen wird, betreibt der Wärmepumpen-Controller 32 in diesem Ausführungsbeispiel die Zirkulationspumpe 62 der Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung 61 und lässt, wie durch die unterbrochenen Linien in den 4 bis 10 gezeigt, Wärmeträger in der Wärmeträgerleitung 66 zirkulieren. Obwohl in 3 nicht dargestellt, führt der Wärmepumpen-Controller 32 auch einen Batterieerwärmungsmodus aus, in dem die Batterie 55 erwärmt wird, indem bewirkt wird, dass die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 der Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung 61 Wärme erzeugt.
  • (1) Heizmodus
  • Zunächst wird unter Bezugnahme auf 4 der Heizmodus beschrieben. Die Steuerung der einzelnen Geräte wird zusammenwirkend durch den Wärmepumpen-Controller 32 und den Klimatisierungs-Controller 45 ausgeführt, doch der Einfachheit halber erfolgt die untenstehende Beschreibung mit dem Wärmepumpen-Controller 32 als Steuerungsträger. In 4 ist die Strömung des Kältemittels im Kältemittelkreislauf R im Heizmodus gezeigt (durchgezogene Pfeile). Wenn durch den Wärmepumpen-Controller 32 (Automatikmodus) oder durch manuelle Klimatisierungseinstellbedienung mit dem Klimaregelungsabschnitt 53 des Klimatisierungs-Controllers 45 (manueller Modus) der Heizmodus ausgewählt wird, so öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 21 und schließt das elektromagnetische Ventil 17, das elektromagnetische Ventil 20, das elektromagnetische Ventil 22, das elektromagnetische Ventil 35 und das elektromagnetische Ventil 69. Dann werden der Kompressor 2 und die Gebläse 15, 27 betrieben und die Luftmischungsklappe 28 passt den Anteil der aus dem internen Gebläse 27 zum Wärmeableiter 4 und zur Hilfsheizeinrichtung 23 geblasenen Luft an.
  • Dadurch strömt aus dem Kompressor 2 abgegebenes heißes gasförmiges Hochdruckkältemittel in den Wärmeableiter 4. Da die Luft im Luftkanal 3 zum Wärmeableiter 4 geblasen wird, erfährt die Luft im Luftkanal 3 einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittel hoher Temperatur im Wärmeableiter 4 und wird erwärmt. Das Kältemittel im Wärmeableiter 4 hingegen verliert Wärme und wird abgekühlt, kondensiert und verflüssigt sich.
  • Das Kältemittel, das sich im Wärmeableiter 4 verflüssigt hat, tritt aus dem Wärmeableiter 4 aus und erreicht über die Kältemittelleitungen 13E, 13J das externe Expansionsventil 6. Das in das externe Expansionsventil 6 geströmte Kältemittel erfährt dort eine Druckreduzierung und strömt in den externen Wärmetauscher 7. Das in den externen Wärmetauscher 7 geströmte Kältemittel verdampft und nimmt aus durch das Fahren oder durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft Wärme auf (Wärmeabsorption). Das bedeutet, dass der Kältemittelkreislauf R eine Wärmepumpe bildet. Das abgekühlte Kältemittel strömt aus dem externen Wärmetauscher 7 über die Kältemittelleitung 13A und die Kältemittelleitung 13D sowie das elektromagnetische Ventil 21 zur Kältemittelleitung 13C und ferner durch die Kältemittelleitung 13C in den Akkumulator 12, wo eine Gas-Flüssigkeit-Abscheidung erfolgt, woraufhin das gasförmige Kältemittel aus der Kältemittelleitung 13K in den Kompressor 2 gesaugt wird; diese Zirkulation wiederholt sich. Die am Wärmeableiter 4 erwärmte Luft wird durch die Ausblasöffnung 29 ausgeblasen, wodurch die Fahrgastzelle beheizt wird.
  • Der Wärmepumpen-Controller 32 berechnet aus der nachstehend beschriebenen Heizeinrichtungssolltemperatur TCO (Solltemperatur des Wärmeableiters 4), die aus der Ausblassolltemperatur TAO berechnet wird, die die Solltemperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft ist (Temperatursollwert der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft), den Wärmeableitersolldruck PCO und steuert auf Grundlage des Wärmeableitersolldrucks PCO und des vom Wärmeableiterdrucksensor 47 ausgegebenen Wärmeableiterdrucks Pci (Hochdruck des Kältemittelkreislaufs R) die Drehzahl des Kompressors 2, auf Grundlage der vom Wärmeableiterauslasstemperatursensor 44 erfassten Kältemittelauslasstemperatur Tci des Wärmeableiters 4 und des vom Wärmeableiterdrucksensor 47 erfassten Wärmeableiterdrucks Pci den Öffnungsgrad des externen Expansionsventils 6 sowie das Überkühlungsmaß des Kältemittels am Auslass des Wärmeableiters 4.
  • Wenn die durch den Wärmeableiter 4 bewirkte Heizleistung (Erwärmungsleistung) in Bezug auf die erforderliche Heizleistung unzureichend ist, gleicht der Wärmepumpen-Controller 32 diesen Mangel durch Wärmeerzeugung mittels der Hilfsheizeinrichtung 23 aus. So kann auch bei niedriger Außentemperatur oder dergleichen die Fahrgastzelle problemlos geheizt werden.
  • (2) Entfeuchtungsheizmodus
  • Als Nächstes wird nun unter Bezugnahme auf 5 der Entfeuchtungsheizmodus beschrieben. In 5 ist die Strömung des Kältemittels im Kältemittelkreislauf R im Entfeuchtungsheizmodus gezeigt (durchgezogene Pfeile). Im Entfeuchtungsheizmodus öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 21, das elektromagnetische Ventil 22 und das elektromagnetische Ventil 35 und schließt das elektromagnetische Ventil 17, das elektromagnetische Ventil 20 und das elektromagnetische Ventil 69. Dann werden der Kompressor 2 und die Gebläse 15, 27 betrieben und die Luftmischungsklappe 28 passt den Anteil der aus dem internen Gebläse 27 zum Wärmeableiter 4 und zur Hilfsheizeinrichtung 23 geblasenen Luft an.
  • Dadurch strömt aus dem Kompressor 2 abgegebenes heißes gasförmiges Hochdruckkältemittel in den Wärmeableiter 4. Da die Luft im Luftkanal 3 zum Wärmeableiter 4 geblasen wird, erfährt die Luft im Luftkanal 3 einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittel hoher Temperatur im Wärmeableiter 4 und wird erwärmt. Das Kältemittel im Wärmeableiter 4 hingegen verliert Wärme und wird abgekühlt, kondensiert und verflüssigt sich.
  • Das Kältemittel, das sich im Wärmeableiter 4 verflüssigt hat, tritt aus dem Wärmeableiter 4 aus, und ein Teil davon strömt über die Kältemittelleitung 13E in die Kältemittelleitung 13J und erreicht das externe Expansionsventil 6. Das in das externe Expansionsventil 6 geströmte Kältemittel erfährt dort eine Druckreduzierung und strömt in den externen Wärmetauscher 7. Das in den externen Wärmetauscher 7 geströmte Kältemittel verdampft und nimmt aus durch das Fahren oder durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft Wärme auf (Wärmeabsorption). Das abgekühlte Kältemittel strömt aus dem externen Wärmetauscher 7 über die Kältemittelleitung 13A und die Kältemittelleitung 13D sowie das elektromagnetische Ventil 21 zur Kältemittelleitung 13C und durch die Kältemittelleitung 13C in den Akkumulator 12, wo eine Gas-Flüssigkeit-Abscheidung erfolgt, woraufhin das gasförmige Kältemittel aus der Kältemittelleitung 13K in den Kompressor 2 gesaugt wird; diese Zirkulation wiederholt sich.
  • Das übrige kondensierte Kältemittel, das über den Wärmeableiter 4 in die Kältemittelleitung 13E strömt, wird abgezweigt, und das abgezweigte Kältemittel strömt über das elektromagnetische Ventil 22 in die Kältemittelleitung 13F und erreicht die Kältemittelleitung 13B. Dann erreicht das Kältemittel das interne Expansionsventil 8, erfährt in dem internen Expansionsventil 8 eine Druckminderung und strömt dann über das elektromagnetische Ventil 35 in die Wärmesenke 9 und verdampft. Dabei wird durch die Wärmeabsorptionswirkung des Kältemittels in der Wärmesenke 9 der Wasseranteil in der aus dem internen Gebläse 27 geblasenen Luft an der Wärmesenke 9 kondensiert und haftet daran an, wodurch die Luft gekühlt und entfeuchtet wird.
  • Das in der Wärmesenke 9 verdampfte Kältemittel tritt in die Kältemittelleitung 13C und wird mit dem Kältemittel aus der Kältemittelleitung 13D (Kältemittel vom externen Wärmetauscher 7) vereint, woraufhin es über den Akkumulator 12 aus der Kältemittelleitung 13K von dem Kompressor 2 angesaugt wird und sich der Kreislauf wiederholt. Die in der Wärmesenke 9 entfeuchtete Luft wird auf ihrem Weg durch den Wärmeableiter 4 und die Hilfsheizeinrichtung 23 (im Falle einer Wärmeerzeugung derselben) erneut erwärmt, wodurch eine Entfeuchtungsheizung der Fahrgastzelle erfolgt.
  • Der Wärmepumpen-Controller 32 in diesem Ausführungsbeispiel steuert auf Grundlage des aus der Heizeinrichtungssolltemperatur TCO berechneten Wärmeableitersolldrucks PCO und des vom Wärmeableiterdrucksensor 47 erfassten Wärmeableiterdrucks Pci (Hochdruck des Kältemittelkreislaufs R) die Drehzahl des Kompressors 2 oder auf Grundlage der durch den Wärmesenkentemperatursensor 48 erfassten Temperatur der Wärmesenke 9 (Wärmesenkentemperatur Te) und ihres Sollwerts, der Wärmesenkensolltemperatur TEO, die Drehzahl des Kompressors 2. Dabei wählt der Wärmepumpen-Controller 32 die niedrigere der anhand der Errechnung des Wärmeableiterdrucks Pci und der Wärmesenkentemperatur Te erlangten Kompressorsolldrehzahlen (die niedrigere von TGNCh und TGNCc, die nachstehend beschrieben werden) und steuert den Kompressor 2. Außerdem steuert er auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te den Öffnungsgrad des externen Expansionsventils 6.
  • Wenn die durch den Wärmeableiter 4 bewirkte Heizleistung (Erwärmungsleistung) in Bezug auf die erforderliche Heizleistung unzureichend ist, gleicht der Wärmepumpen-Controller 32 diesen Mangel auch in diesem Entfeuchtungsheizmodus durch Wärmeerzeugung mittels der Hilfsheizeinrichtung 23 aus. So kann auch bei niedriger Außentemperatur oder dergleichen die Fahrgastzelle problemlos entfeuchtend geheizt werden.
  • (3) Entfeuchtungskühlmodus
  • Als Nächstes wird nun unter Bezugnahme auf 6 der Entfeuchtungskühlmodus beschrieben. In 6 ist die Strömung des Kältemittels im Kältemittelkreislauf R im Entfeuchtungskühlmodus gezeigt (durchgezogene Pfeile). Im Entfeuchtungskühlmodus öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 17 und das elektromagnetische Ventil 35 und schließt das elektromagnetische Ventil 20, das elektromagnetische Ventil 21, das elektromagnetische Ventil 22 und das elektromagnetische Ventil 69. Dann werden der Kompressor 2 und die Gebläse 15, 27 betrieben und die Luftmischungsklappe 28 passt den Anteil der aus dem internen Gebläse 27 zum Wärmeableiter 4 und zur Hilfsheizeinrichtung 23 geblasenen Luft an.
  • Dadurch strömt aus dem Kompressor 2 abgegebenes heißes gasförmiges Hochdruckkältemittel in den Wärmeableiter 4. Da die Luft im Luftkanal 3 zum Wärmeableiter 4 geblasen wird, erfährt die Luft im Luftkanal 3 einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittel hoher Temperatur im Wärmeableiter 4 und wird erwärmt. Das Kältemittel im Wärmeableiter 4 hingegen verliert Wärme und wird abgekühlt, kondensiert und verflüssigt sich.
  • Das aus dem Wärmeableiter 4 getretene Kältemittel erreicht über die Kältemittelleitungen 13E, 13J das externe Expansionsventil 6 und strömt über das im Verhältnis zum Heizmodus und zum Entfeuchtungsheizmodus etwas weiter öffnend (einen größeren Öffnungsbereich aufweisend) gesteuerte externe Expansionsventil 6 in den externen Wärmetauscher 7. Das in den externen Wärmetauscher 7 geströmte Kältemittel wird dort mittels durch das Fahren oder durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft gekühlt und kondensiert. Das aus dem externen Wärmetauscher 7 getretene Kältemittel strömt über die Kältemittelleitung 13A, das elektromagnetische Ventil 17, den Trockenflaschenabschnitt 14 und den Unterkühlungsabschnitt 16 in die Kältemittelleitung 13B und erreicht über das Rückschlagventil 18 das interne Expansionsventil 8. Im internen Expansionsventil 8 erfährt das Kältemittel eine Druckminderung und strömt dann über das elektromagnetische Ventil 35 in die Wärmesenke 9 und verdampft. Durch die Wärmeabsorptionswirkung des Kältemittels kondensiert der Wasseranteil in der aus dem internen Gebläse 27 geblasenen Luft an der Wärmesenke 9 und haftet daran an, wodurch die Luft gekühlt und entfeuchtet wird.
  • Das an der Wärmesenke 9 verdampfte Kältemittel erreicht über die Kältemittelleitung 13C den Akkumulator 12 und wird von dort aus der Kältemittelleitung 13K durch den Kompressor 2 angesaugt; diese Zirkulation wiederholt sich. Die in der Wärmesenke 9 gekühlte und entfeuchtete Luft wird auf ihrem Weg durch den Wärmeableiter 4 und die Hilfsheizeinrichtung 23 (im Falle einer Wärmeerzeugung derselben) erneut erwärmt (wobei die Erwärmungsleistung niedriger als beim Entfeuchtungsheizen ist), wodurch eine Entfeuchtungskühlung der Fahrgastzelle erfolgt
  • Der Wärmepumpen-Controller 32 steuert auf Grundlage der vom Wärmesenkentemperatursensor 48 erfassten Temperatur der Wärmesenke 9 (Wärmesenkentemperatur Te) und der Wärmesenkensolltemperatur TEO, die die Solltemperatur der Wärmesenke 9 (Sollwert der Wärmesenkentemperatur Te) ist, die Drehzahl des Kompressors 2 derart, dass die Wärmesenkentemperatur Te die Wärmesenkensolltemperatur TEO erreicht, und steuert auf Grundlage des vom Wärmeableiterdrucksensor 47 ausgegebenen Wärmeableiterdrucks Pci (Hochdruck des Kältemittelkreislaufs R) und des Wärmeableitersolldrucks PCO (Sollwert des Wärmeableiterdrucks Pci) den Öffnungsgrad des externen Expansionsventils 6 derart, dass der Wärmeableiterdruck Pci den Wärmeableitersolldruck PCO erreicht, und erzielt so das erforderliche Wiedererwärmungsmaß (Wiedererwärmungsmenge) durch den Wärmeableiter 4.
  • Wenn die durch den Wärmeableiter 4 bewirkte Heizleistung (Wiedererwärmungsleistung) in Bezug auf die erforderliche Heizleistung unzureichend ist, gleicht der Wärmepumpen-Controller 32 diesen Mangel auch in diesem Entfeuchtungskühlmodus durch Wärmeerzeugung mittels der Hilfsheizeinrichtung 23 aus. Dadurch ist eine entfeuchtende Kühlung möglich, ohne die Temperatur der Fahrgastzelle zu weit abzusenken.
  • (4) Kühlmodus (erster Betriebsmodus, Klimatisierungsmodus (allein))
  • Als Nächstes wird nun unter Bezugnahme auf 7 der Kühlmodus beschrieben. In 7 ist die Strömung des Kältemittels im Kältemittelkreislauf R im Kühlmodus gezeigt (durchgezogene Pfeile). Im Kühlmodus öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 17, das elektromagnetische Ventil 20 und das elektromagnetische Ventil 35 und schließt das elektromagnetische Ventil 21, das elektromagnetische Ventil 22 und das elektromagnetische Ventil 69. Dann werden der Kompressor 2 und die Gebläse 15, 27 betrieben und die Luftmischungsklappe 28 passt den Anteil der aus dem internen Gebläse 27 zum Wärmeableiter 4 und zur Hilfsheizeinrichtung 23 geblasenen Luft an. Die Hilfsheizeinrichtung 23 wird dabei nicht stromführend gemacht.
  • Dadurch strömt aus dem Kompressor 2 abgegebenes heißes gasförmiges Hochdruckkältemittel in den Wärmeableiter 4. Zwar bläst Luft im Luftkanal 3 zum Wärmeableiter 4, doch da ihr Anteil gering ist (ausschließlich zur Wiedererwärmung während des Kühlens), passiert sie ihn im Wesentlichen nur, und das aus dem Wärmeableiter 4 getretene Kältemittel erreicht über die Kältemittelleitung 13E die Kältemittelleitung 13J. Da das elektromagnetische Ventil 20 geöffnet ist, tritt das Kältemittel durch das elektromagnetische Ventil 20 und strömt weiter in den externen Wärmetauscher 7 und wird dort mittels durch das Fahren oder durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft gekühlt, kondensiert und verflüssigt.
  • Das aus dem externen Wärmetauscher 7 getretene Kältemittel strömt über die Kältemittelleitung 13A, das elektromagnetische Ventil 17, den Trockenflaschenabschnitt 14 und den Unterkühlungsabschnitt 16 in die Kältemittelleitung 13B und erreicht über das Rückschlagventil 18 das interne Expansionsventil 8. Im internen Expansionsventil 8 erfährt das Kältemittel eine Druckreduzierung und strömt dann über das elektromagnetische Ventil 35 in die Wärmesenke 9 und verdampft. Durch die Wärmeabsorptionswirkung des Kältemittels wird die aus dem internen Gebläse 27 geblasene Luft, die einen Wärmeaustausch mit der Wärmesenke 9 erfährt, gekühlt.
  • Das an der Wärmesenke 9 verdampfte Kältemittel erreicht über die Kältemittelleitung 13C den Akkumulator 12 und wird von dort über die Kältemittelleitung 13K durch den Kompressor 2 angesaugt; diese Zirkulation wiederholt sich. Die in der Wärmesenke 9 gekühlte Luft wird aus der Ausblasöffnung 29 in die Fahrgastzelle geblasen, wodurch die Fahrgastzelle gekühlt wird. Im Kühlmodus steuert der Wärmepumpen-Controller 32 auf Grundlage der vom Wärmesenkentemperatursensor 48 ausgegebenen Temperatur der Wärmesenke 9 (Wärmesenkentemperatur Te) die Drehzahl des Kompressors 2.
  • (5) Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung (zweiter Betriebsmodus, Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung)
  • Als Nächstes wird nun unter Bezugnahme auf 8 der Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung beschrieben. In 8 ist die Strömung des Kältemittels im Kältemittelkreislauf R im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung gezeigt (durchgezogene Pfeile). Im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 17, das elektromagnetische Ventil 20, das elektromagnetische Ventil 35 und das elektromagnetische Ventil 69 und schließt das elektromagnetische Ventil 21 und das elektromagnetische Ventil 22.
  • Dann werden der Kompressor 2 und die Gebläse 15, 27 betrieben und die Luftmischungsklappe 28 passt den Anteil der aus dem internen Gebläse 27 zum Wärmeableiter 4 und zur Hilfsheizeinrichtung 23 geblasenen Luft an. In diesem Betriebsmodus wird die Hilfsheizeinrichtung 23 nicht stromführend gemacht. Auch die Wärmeträgererwärmungseinrichtung 63 wird dabei nicht stromführend gemacht.
  • Dadurch strömt aus dem Kompressor 2 abgegebenes heißes gasförmiges Hochdruckkältemittel in den Wärmeableiter 4. Zwar bläst Luft im Luftkanal 3 zum Wärmeableiter 4, doch da ihr Anteil gering ist (ausschließlich zur Wiedererwärmung während des Kühlens), passiert sie ihn im Wesentlichen nur, und das aus dem Wärmeableiter 4 getretene Kältemittel erreicht über die Kältemittelleitung 13E die Kältemittelleitung 13J. Da das elektromagnetische Ventil 20 geöffnet ist, tritt das Kältemittel durch das elektromagnetische Ventil 20 und strömt weiter in den externen Wärmetauscher 7 und wird dort durch das Fahren oder durch das externe Gebläse 15 geblasene Außenluft gekühlt, kondensiert und verflüssigt.
  • Das aus dem externen Wärmetauscher 7 getretene Kältemittel strömt über die Kältemittelleitung 13A, das elektromagnetische Ventil 17, den Trockenflaschenabschnitt 14 und den Unterkühlungsabschnitt 16 in die Kältemittelleitung 13B. Das in die Kältemittelleitung 13B geströmte Kältemittel durchläuft das Rückschlagventil 18, verzweigt sich dann und erreicht durch die Kältemittelleitung 13B das interne Expansionsventil 8. Das in das interne Expansionsventil 8 geströmte Kältemittel erfährt dort eine Druckreduzierung und strömt dann über das elektromagnetische Ventil 35 in die Wärmesenke 9 und verdampft. Durch die Wärmeabsorptionswirkung des Kältemittels wird die aus dem internen Gebläse 27 geblasene Luft, die einen Wärmeaustausch mit der Wärmesenke 9 erfährt, gekühlt.
  • Das an der Wärmesenke 9 verdampfte Kältemittel erreicht über die Kältemittelleitung 13C den Akkumulator 12 und wird von dort über die Kältemittelleitung 13K durch den Kompressor 2 angesaugt; diese Zirkulation wiederholt sich. Die in der Wärmesenke 9 gekühlte Luft wird aus der Ausblasöffnung 29 in die Fahrgastzelle geblasen, wodurch die Fahrgastzelle gekühlt wird.
  • Das übrige durch das Rückschlagventil 18 getretene Kältemittel verzweigt sich, strömt in eine Verzweigungsleitung 67 und erreicht das Hilfsexpansionsventil 68. Nachdem das Kältemittel dort eine Druckreduzierung erfahren hat, strömt es über das elektromagnetische Ventil 69 in den Kältemittelströmungsweg 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 und verdampft dort. Dabei wird eine Wärmeabsorptionswirkung erzielt. Das im Kältemittelströmungsweg 64B verdampfte Kältemittel wiederholt die Zirkulation, bei der es der Reihe nach durch die Kältemittelleitung 71, die Kältemittelleitung 13C und den Akkumulator 12 strömt und aus der Kältemittelleitung 13K durch den Kompressor 2 angesaugt wird (gezeigt durch die durchgezogenen Pfeile in 8).
  • Da die Zirkulationspumpe 62 betrieben wird, erreicht der durch die Zirkulationspumpe 62 abgegebene Wärmeträger wiederum durch die Wärmeträgerleitung 66 den Wärmeträgerströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64, wo er einen Wärmeaustausch mit dem im Kältemittelströmungsweg 64B verdampften Kältemittel erfährt, sodass Wärme daraus absorbiert wird und der Wärmeträger gekühlt wird. Der aus dem Wärmeträgerströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 getretene Wärmeträger erreicht die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63. Da jedoch in diesem Betriebsmodus die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 keine Wärme erzeugt, passiert der Wärmeträger diese unverändert, erreicht die Batterie 55 und erfährt einen Wärmeaustausch mit der Batterie 55. Dadurch wird die Batterie 55 gekühlt, und nach dem Kühlen der Batterie 55 wird der Wärmeträger durch die Zirkulationspumpe 62 angesaugt; diese Zirkulation wiederholt sich (in 8 durch unterbrochene Pfeile gezeigt).
  • Im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung behält der Wärmepumpen-Controller 32 den geöffneten Zustand des elektromagnetischen Ventils 35 bei und steuert auf Grundlage der vom Wärmesenkentemperatursensor 48 ausgegebenen Temperatur der Wärmesenke 9 (Wärmesenkentemperatur Te) wie nachstehend beschrieben die Drehzahl des Kompressors 2. In diesem Ausführungsbeispiel wird auf Grundlage der durch den Wärmeträgertemperatursensor 76 erfassten Temperatur des Wärmeträgers (Wärmeträgertemperatur Tw: vom Batterie-Controller 73 gesendet) das elektromagnetische Ventil 69 wie folgt öffnend und schließend gesteuert. Dabei wird die Wärmeträgertemperatur Tw als Index zum Anzeigen der Temperatur der im Ausführungsbeispiel als Temperaturregulierungszielobjekt dienenden Batterie 55 verwendet (im Folgenden ebenso).
  • Der Wärmepumpen-Controller 32 nutzt die Wärmeträgertemperatur Tw als Sollwert und stellt oberhalb und unterhalb der Wärmeträgersolltemperatur TWO einen oberen Grenzwert TUL und einen unteren Grenzwert TLL mit einer festgelegten Temperaturdifferenz ein. Wenn aus einem Zustand mit geschlossenem elektromagnetischem Ventil 69 heraus aufgrund von Wärmeerzeugung der Batterie 55 oder dergleichen die Wärmeträgertemperatur Tw bis zum oberen Grenzwert TUL ansteigt (den oberen Grenzwert TUL überschreitet oder den oberen Grenzwert TUL erreicht, im Folgenden ebenso), so wird das elektromagnetische Ventil 69 geöffnet. Dadurch strömt Kältemittel in den Kältemittelströmungsweg 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 und verdampft und kühlt den im Wärmeträgerströmungsweg 64A strömenden Wärmeträger, weshalb die Batterie 55 durch den gekühlten Wärmeträger gekühlt wird.
  • Wenn anschließend die Wärmeträgertemperatur Tw bis zum unteren Grenzwert TLL sinkt (den unteren Grenzwert TLL unterschreitet oder den unteren Grenzwert TLL erreicht, im Folgenden ebenso), wird das elektromagnetische Ventil 69 geschlossen. Danach wird dieses Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 69 wiederholt, und unter Priorisierung der Kühlung der Fahrgastzelle wird die Wärmeträgertemperatur Tw auf die Wärmeträgersolltemperatur TWO gesteuert und die Kühlung der Batterie 55 durchgeführt.
  • (6) Umschaltung des Klimatisierungsbetriebs
  • Der Wärmepumpen-Controller 32 berechnet anhand der untenstehenden Formel (I) die Ausblassolltemperatur TAO. Die Ausblassolltemperatur TAO ist die Solltemperatur der Luft, die durch die Ausblasöffnung 29 in die Fahrgastzelle geblasen wird. TAO = ( Tset − Tin ) × K + Tbal ( f ( Tset ,SUN ,Tam ) )
    Figure DE112019005898B4_0001
    Dabei ist Tset die mittels des Klimaregelungsabschnitts 53 eingestellte Einstelltemperatur der Fahrgastzelle, Tin die durch den Innentemperatursensor 37 erfasste Temperatur in der Fahrgastzelle, K der Koeffizient und Tbal ein Ausgleichswert, der aus der Einstelltemperatur Tset, der durch den Lichteinfallsensor 51 erfassten Lichteinfallmenge SUN und der durch den Außentemperatursensor 33 erfassten Außenlufttemperatur Tam berechnet wird. Im Allgemeinen ist die Ausblassolltemperatur TAO umso höher, je niedriger die Außenlufttemperatur Tam ist, und sinkt mit ansteigender Außenlufttemperatur Tam.
  • Beim Start des Wärmepumpen-Controllers 32 wird auf Grundlage der durch den Außentemperatursensor 33 erfassten Außenlufttemperatur Tam und der Ausblassolltemperatur TAO eine Klimatisierungsbetriebsart aus den Klimatisierungsbetriebsarten gewählt. Wenn nach dem Start Veränderungen der Umgebung wie etwa der Außenlufttemperatur Tam oder der Ausblassolltemperatur TAO, der Betriebsbedingungen wie etwa der Wärmeträgertemperatur Tw oder der Batterietemperatur Tcell, der Umgebungsbedingungen oder der Einstellungen auftreten, wird entsprechend einer Batteriekühlungsanforderung vom Batterie-Controller 73 (Modusübergangsanforderung) die entsprechende Klimatisierungsbetriebsart ausgewählt und darauf umgeschaltet.
  • (7) Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung (zweiter Betriebsmodus, Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung)
  • Als Nächstes wird der Betrieb beim Aufladen der Batterie 55 beschrieben. Wenn beispielsweise ein Stecker zum Aufladen von einem Schnellladegerät (externe Stromquelle) angeschlossen und die Batterie 55 aufgeladen wird (wobei diese Informationen vom Batterie-Controller 73 gesendet werden) und unabhängig von der Einschaltung der Zündung (IGN) eine Batteriekühlungsanforderung vorliegt und der Klimatisierungsschalter des Klimaregelungsabschnitts 53 eingeschaltet ist, so führt der Wärmepumpen-Controller 32 den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung aus. Die Strömung des Kältemittels im Kältemittelkreislauf R ist in diesem Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung die gleiche wie im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung aus 8.
  • Allerdings behält der Wärmepumpen-Controller 32 in diesem Ausführungsbeispiel im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung den geöffneten Zustand des elektromagnetischen Ventils 69 bei und steuert auf Grundlage der durch den Wärmeträgertemperatursensor 76 erfassten (vom Batterie-Controller 73 gesendeten) Wärmeträgertemperatur Tw wie nachstehend beschrieben die Drehzahl des Kompressors 2. Außerdem wird im Ausführungsbeispiel auf Grundlage der durch den Wärmesenkentemperatursensor 48 erfassten Temperatur der Wärmesenke 9 (Wärmesenkentemperatur Te) das elektromagnetische Ventil 35 wie folgt öffnend und schließend gesteuert.
  • Der Wärmepumpen-Controller 32 nutzt die Wärmesenkentemperatur Te als Sollwert und stellt oberhalb und unterhalb der Wärmesenkentemperatur Te einen oberen Grenzwert TeUL und einen unteren Grenzwert TeLL mit einer festgelegten Temperaturdifferenz ein. Wenn aus einem Zustand mit geschlossenem elektromagnetischem Ventil 35 die Wärmesenkentemperatur Te bis zum oberen Grenzwert TeUL ansteigt (den oberen Grenzwert TeUL überschreitet oder den oberen Grenzwert TeUL erreicht, im Folgenden ebenso), wird das elektromagnetische Ventil 35 geöffnet. Dadurch strömt das Kältemittel in die Wärmesenke 9 und verdampft und kühlt die im Luftkanal 3 strömende Luft.
  • Wenn anschließend die Wärmesenkentemperatur Te bis zum unteren Grenzwert TeLL sinkt (den unteren Grenzwert TeLL unterschreitet oder TeLL erreicht, im Folgenden ebenso), wird das elektromagnetische Ventil 35 geschlossen. Danach wird dieses Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 35 wiederholt, und unter Priorisierung der Kühlung der Batterie 55 wird die Wärmesenkentemperatur Te auf die Wärmesenkensolltemperatur TEO gesteuert und die Kühlung der Fahrgastzelle durchgeführt.
  • (8) Batteriekühlungsmodus (allein) (erster Betriebsmodus,
  • Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein)) Wenn unabhängig von der Einschaltung der Zündung bei ausgeschaltetem Klimatisierungsschalter des Klimaregelungsabschnitts 53 ein Stecker zum Aufladen von einem Schnellladegerät (externe Stromquelle) angeschlossen und die Batterie 55 aufgeladen wird und eine Batteriekühlungsanforderung vorliegt, führt der Wärmepumpen-Controller 32 den Batteriekühlungsmodus (allein) aus. Allerdings wird er auch dann ausgeführt, wenn die Batterie 55 nicht aufgeladen wird, der Klimatisierungsschalter ausgeschaltet ist und eine Batteriekühlungsanforderung vorliegt (beim Fahren bei hoher Außentemperatur usw.). In 9 ist die Strömung des Kältemittels im Kältemittelkreislauf R im Batteriekühlungsmodus (allein) gezeigt (durchgezogene Pfeile). Im Batteriekühlungsmodus (allein) öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 17, das elektromagnetische Ventil 20 und das elektromagnetische Ventil 69 und schließt das elektromagnetische Ventil 21, das elektromagnetische Ventil 22 und das elektromagnetische Ventil 35.
  • Der Kompressor 2 und das externe Gebläse 15 werden betrieben. Das interne Gebläse 27 wird nicht betrieben, und auch die Hilfsheizeinrichtung 23 wird nicht stromführend gemacht. In diesem Betriebsmodus wird auch die Wärmeträgererwärmungseinrichtung 63 nicht stromführend gemacht.
  • Dadurch strömt aus dem Kompressor 2 abgegebenes heißes gasförmiges Hochdruckkältemittel in den Wärmeableiter 4. Die Luft im Luftkanal 3 wird nicht in den Wärmeableiter 4 geblasen, sondern passiert ihn lediglich, und das aus dem Wärmeableiter 4 getretene Kältemittel erreicht über die Kältemittelleitung 13E die Kältemittelleitung 13J. Da das elektromagnetische Ventil 20 geöffnet ist, tritt das Kältemittel durch das elektromagnetische Ventil 20 und strömt weiter in den externen Wärmetauscher 7 und wird dort mittels durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft gekühlt, kondensiert und verflüssigt.
  • Das aus dem externen Wärmetauscher 7 getretene Kältemittel strömt über die Kältemittelleitung 13A, das elektromagnetische Ventil 17, den Trockenflaschenabschnitt 14 und den Unterkühlungsabschnitt 16 in die Kältemittelleitung 13B. Das in die Kältemittelleitung 13B geströmte Kältemittel durchläuft das Rückschlagventil 18, strömt vollständig in die Verzweigungsleitung 67 und erreicht das Hilfsexpansionsventil 68. Nachdem das Kältemittel dort eine Druckreduzierung erfahren hat, strömt es über das elektromagnetische Ventil 69 in den Kältemittelströmungsweg 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 und verdampft dort. Dabei wird eine Wärmeabsorptionswirkung erzielt. Das im Kältemittelströmungsweg 64B verdampfte Kältemittel wiederholt die Zirkulation, bei der es der Reihe nach durch die Kältemittelleitung 71, die Kältemittelleitung 13C und den Akkumulator 12 strömt und aus der Kältemittelleitung 13K durch den Kompressor 2 angesaugt wird (gezeigt durch die durchgezogenen Pfeile in 9).
  • Da die Zirkulationspumpe 62 betrieben wird, erreicht der durch die Zirkulationspumpe 62 abgegebene Wärmeträger wiederum durch die Wärmeträgerleitung 66 den Wärmeträgerströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64, wo das im Kältemittelströmungsweg 64B verdampfte Kältemittel Wärme daraus absorbiert wird und der Wärmeträger gekühlt wird. Der aus dem Wärmeträgerströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 getretene Wärmeträger erreicht die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63. Da jedoch in diesem Betriebsmodus die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 keine Wärme erzeugt, passiert der Wärmeträger diese unverändert, erreicht die Batterie 55 und erfährt einen Wärmeaustausch mit der Batterie 55. Dadurch wird die Batterie 55 gekühlt, und nach dem Kühlen der Batterie 55 wird der Wärmeträger durch die Zirkulationspumpe 62 angesaugt; diese Zirkulation wiederholt sich (in 9 durch unterbrochene Pfeile gezeigt).
  • Auch im Batteriekühlungsmodus (allein) steuert der Wärmepumpen-Controller 32 auf Grundlage der durch den Wärmeträgertemperatursensor 76 erfassten Wärmeträgertemperatur Tw wie nachstehend beschrieben die Drehzahl des Kompressors 2 und kühlt dadurch die Batterie 55.
  • (9) Enteisungsmodus
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 10 der Enteisungsmodus des externen Wärmetauschers 7 beschrieben. In 10 ist die Strömung des Kältemittels im Kältemittelkreislauf R im Enteisungsmodus gezeigt (durchgezogene Pfeile). Wie erwähnt, verdampft im Heizmodus das Kältemittel im externen Wärmetauscher 7 und absorbiert Wärme aus der Außenluft, sodass die Temperatur sinkt und der Wasseranteil der Außenluft als Eis am externen Wärmetauscher 7 anhaftet.
  • Der Wärmepumpen-Controller 32 berechnet daher eine Differenz ΔTXO (=TXObase-TXO) zwischen der durch den Temperatursensor 49 erfassten Temperatur TXO des externen Wärmetauschers (Kältemittelverdampfungstemperatur im externen Wärmetauscher 7) und einer Kältemittelverdampfungstemperatur TXObase, wenn kein Eis am externen Wärmetauscher 7 anhaftet, und wenn die Temperatur TXO des externen Wärmetauschers unter die Kältemittelverdampfungstemperatur TXObase ohne Anhaftung von Eis sinkt, und ein Zustand, in dem sich die Differenz ΔTXO auf oder über einen festgelegten Wert vergrößert, für eine festgelegte Zeit anhält, urteilt er, dass Eis am externen Wärmetauscher 7 anhaftet und setzt ein festgelegtes Vereisungs-Flag.
  • Wenn nun in einem Zustand, in dem das Vereisungs-Flag gesetzt ist und der Klimatisierungsschalter des Klimaregelungsabschnitts 53 ausgeschaltet ist, ein Stecker zum Aufladen von einem Schnellladegerät angeschlossen und die Batterie 55 aufgeladen wird, führt der Wärmepumpen-Controller 32 wie im Folgenden beschrieben den Enteisungsmodus des externen Wärmetauschers 7 aus.
  • Der Wärmepumpen-Controller 32 versetzt dabei im Enteisungsmodus den Kältemittelkreislauf R in den Zustand des obenstehenden Heizmodus und öffnet das externe Expansionsventil 6 vollständig. Dann wird der Kompressor 2 betrieben, und aus dem Kompressor 2 abgegebenes heißes Kältemittel strömt über den Wärmeableiter 4 und das externe Expansionsventil 6 in den externen Wärmetauscher 7 und taut das am externen Wärmetauscher 7 anhaftende Eis ab (10). Wenn die durch den Temperatursensor 49 des externen Wärmetauschers erfasste Temperatur TXO des externen Wärmetauschers eine festgelegte Enteisungsendtemperatur (beispielsweise +3 °C oder dergleichen) überschreitet, betrachtet der Wärmepumpen-Controller 32 die Enteisung des externen Wärmetauschers 7 als abgeschlossen und beendet den Enteisungsmodus.
  • (10) Batterieerwärmungsmodus
  • Während der Ausführung des Klimatisierungsbetriebs oder der Aufladung der Batterie 55 führt der Wärmepumpen-Controller 32 den Batterieerwärmungsmodus aus. Im Batterieerwärmungsmodus betreibt der Wärmepumpen-Controller 32 die Zirkulationspumpe 62 und macht die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 stromführend. Auch schließt er das elektromagnetische Ventil 69.
  • Der durch die Zirkulationspumpe 62 abgegebene Wärmeträger erreicht daher durch die Wärmeträgerleitung 66 den Wärmeträgerströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64, durchläuft ihn und erreicht die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63. Da nun die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 Wärme erzeugt, wird der Wärmeträger durch die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 erwärmt, und seine Temperatur steigt an, woraufhin er die Batterie 55 erreicht und einen Wärmeaustausch mit der Batterie 55 erfährt. Dadurch wird die Batterie 55 erwärmt, und nach dem Erwärmen der Batterie 55 wird der Wärmeträger durch die Zirkulationspumpe 62 angesaugt; diese Zirkulation wiederholt sich.
  • Indem der Wärmepumpen-Controller 32 im Batterieerwärmungsmodus auf Grundlage der durch den Wärmeträgertemperatursensor 76 erfassten Wärmeträgertemperatur Tw die Stromversorgung der Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 steuert, regelt er die Wärmeträgertemperatur Tw auf die festgelegte Wärmeträgersolltemperatur TWO und erwärmt die Batterie 55.
  • (11) Steuerung des Kompressors 2 durch den Wärmepumpen-Controller 32
  • Der Wärmepumpen-Controller 32 berechnet im Heizmodus auf Grundlage des Wärmeableiterdrucks Pci gemäß dem Steuerungsblockdiagramm aus 11 eine Solldrehzahl TGNCh des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl) und berechnet im Entfeuchtungskühlmodus, im Kühlmodus und im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te gemäß dem Steuerungsblockdiagramm aus 12 eine Solldrehzahl TGNCc des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl). Im Entfeuchtungsheizmodus wird die jeweils niedrigere Kompressorsolldrehzahl TGNCh und Kompressorsolldrehzahl TGNCc gewählt. Im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und im Batteriekühlungsmodus (allein) wird auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw gemäß dem Steuerungsblockdiagramm aus 13 eine Solldrehzahl TGNCcb des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl) berechnet.
  • (11-1) Berechnung der Kompressorsolldrehzahl TGNCh auf Grundlage des Wärmeableiterdrucks Pci
  • Zunächst wird anhand von 11 die Steuerung des Kompressors 2 auf Grundlage des Wärmeableiterdrucks Pci ausführlich beschrieben. 11 ist ein Steuerungsblockschaubild des Wärmepumpen-Controllers 32, der auf Grundlage des Wärmeableiterdrucks Pci die Solldrehzahl des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl) TGNCh berechnet. Ein VK(Vorwärtskopplungs)-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 78 des Wärmepumpen-Controllers 32 berechnet auf Grundlage der von dem Außentemperatursensor 33 erlangten Außenlufttemperatur Tam, einer Gebläsespannung BLV des internen Gebläses 27, eines Blasluftanteils SW der Luftmischungsklappe 28, das durch SW = (TAO - Te)/(Thp - Te) erlangt wird, einer Sollüberkühlungstemperatur TGSC, die der Sollwert eines Überkühlungsmaßes SC des Kältemittels am Auslass des Wärmeableiters 4 ist, der Heizeinrichtungssolltemperatur TCO, die der Sollwert der Heizeinrichtungstemperatur Thp ist, und eines Wärmeableitersolldrucks PCO, der der Sollwert des Drucks des Wärmeableiters 4 ist, eine VK-Betätigungsgröße TGNChff der Kompressorsolldrehzahl.
  • Bei einer Heizeinrichtungstemperatur Thp handelt es sich um eine Lufttemperatur blasluftabwärts des Wärmeableiters 4 (Schätzwert), die aus dem durch den Wärmeableiterdrucksensor 47 erfassten Wärmeableiterdruck Pci und der durch den Wärmeableiterauslasstemperatursensor 44 erfassten Kältemittelauslasstemperatur Tci des Wärmeableiters 4 berechnet (geschätzt) wird. Das Überkühlungsmaß SC wird durch die durch den Wärmeableitereinlasstemperatursensor 43 und den Wärmeableiterauslasstemperatursensor 44 erfasste Kältemitteleinlasstemperatur Tcxin und Kältemittelauslasstemperatur Tci des Wärmeableiters 4 berechnet.
  • Der Wärmeableitersolldruck PCO wird auf Grundlage der Sollüberkühlungstemperatur TGSC und der Heizeinrichtungssolltemperatur TCO durch einen Sollwertberechnungsabschnitt 79 berechnet. Ein RK(Rückkopplungs)-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 81 berechnet auf Grundlage des Wärmeableitersolldrucks PCO und des Wärmeableiterdrucks Pci mittels PID-Berechnung bzw. PI-Berechnung eine Rückkopplungsbetätigungsgröße TGNChfb der Kompressorsolldrehzahl. Die durch den VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 78 berechnete VK-Betätigungsgröße TGNChff und die durch den
  • RK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 81 berechnete RK-Betätigungsgröße TGNChfb werden in einem Addierer 82 addiert und als TGNCh00 in einen Grenzwerteinstellungsabschnitt 83 eingegeben.
  • Am Grenzwerteinstellungsabschnitt 83 werden eine steuerungsbedingte untere Drehzahlgrenze ECNpdLimLo und obere Drehzahlgrenze ECNpdLimHi festgelegt, und es erfolgt eine Bestimmung als TGNCh0, woraufhin über einen Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 84 eine Bestimmung als Kompressorsolldrehzahl TGNCh erfolgt. Im Normalmodus steuert der Wärmepumpen-Controller 32 mittels dieser auf Grundlage des Wärmeableiterdrucks Pci berechneten Kompressorsolldrehzahl TGNCh den Betrieb des Kompressors 2.
  • Wenn die Kompressorsolldrehzahl TGNCh die untere Drehzahlgrenze ECNpdLimLo erreicht und ein Zustand, in dem der Wärmeableiterdruck Pci bei einem oberhalb und unterhalb des Wärmeableitersolldrucks PCO eingestellten festgelegten oberen Grenzwert PUL und unteren Grenzwert PLL bis zum oberen Grenzwert PUL ansteigt (den oberen Grenzwert PUL überschreitet oder den oberen Grenzwert PUL erreicht, im Folgenden ebenso), für eine festgelegte Zeit th1 andauert, hält der Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 84 den Kompressor 2 an und tritt in einen Ein/Aus-Modus zur Ein-/Ausschaltsteuerung des Kompressors 2 ein.
  • Wenn in diesem Ein/Aus-Modus des Kompressors 2 der Wärmeableiterdruck Pci bis zum unteren Grenzwert PLL sinkt (den unteren Grenzwert PLL unterschreitet oder den unteren Grenzwert PLL erreicht, im Folgenden ebenso), wird der Kompressor 2 gestartet und mit der unteren Drehzahlgrenze ECNpdLimLo für die Kompressorsolldrehzahl TGNCh betrieben, und wenn der Wärmeableiterdruck Pci in diesem Zustand bis zum oberen Grenzwert PUL ansteigt, wird der Kompressor 2 wieder angehalten. Es erfolgt also ein Betreiben (Einschalten) und Anhalten (Ausschalten) des Kompressors 2 an der unteren Drehzahlgrenze ECNpdLimLo. Wenn nach dem Sinken des Wärmeableiterdrucks Pci bis zum unteren Grenzwert PLL und Starten des Kompressors 2 ein Zustand, in dem der Wärmeableiterdruck Pci nicht über den unteren Grenzwert PLL ansteigt, für eine festgelegte Zeit th2 andauert, wird der Ein/Aus-Modus des Kompressors 2 beendet und es erfolgt eine Wiederherstellung des Normalmodus.
  • (11-2) Berechnung der Kompressorsolldrehzahl TGNCc auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te
  • Als Nächstes wird anhand von 12 die Steuerung des Kompressors 2 auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te ausführlich beschrieben. 12 ist ein Steuerungsblockschaubild des Wärmepumpen-Controllers 32, der auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te die Solldrehzahl des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl) TGNCc berechnet. Ein VK(Vorwärtskopplungs)-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 86 des Wärmepumpen-Controllers 32 berechnet auf Grundlage der Außenlufttemperatur Tam, einer durch den Luftkanal 3 strömenden Blasluftmenge Ga (oder auch der Gebläsespannung BLV des internen Gebläses 27), des Wärmeableitersolldrucks PCO, der durch den Batterietemperatursensor 77 erfassten Batterietemperatur Tcell (vom Batterie-Controller 73 gesendet), der Ausgangsleistung Mpower des zum Fahren dienenden Motors (vom Fahrzeug-Controller 72 gesendet), der Fahrgeschwindigkeit VSP, der Wärmeerzeugungsmenge der Batterie 55 (vom Batterie-Controller 73 gesendet) und der Wärmesenkensolltemperatur TEO, die der Sollwert der Wärmesenkentemperatur Te ist, eine VK-Betätigungsgröße TGNCcff der Kompressorsolldrehzahl.
  • Ein RK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 87 berechnet auf Grundlage der Wärmesenkensolltemperatur TEO und der Wärmesenkentemperatur Te mittels PID-Berechnung bzw. PI-Berechnung eine RK-Betätigungsgröße TGNCcfb der Kompressorsolldrehzahl. Die durch den VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 86 berechnete VK-Betätigungsgröße TGNCcff und die durch den RK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 87 berechnete RK-Betätigungsgröße TGNCcfb werden in einem Addierer 88 addiert und als TGNCc00 in einen Grenzwerteinstellungsabschnitt 89 eingespeist.
  • Am Grenzwerteinstellungsabschnitt 89 werden eine steuerungsbedingte untere Drehzahlgrenze TGNCcLimLo und obere Drehzahlgrenze TGNCcLimHi festgelegt, und es erfolgt eine Bestimmung als TGNCcO, woraufhin über einen Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 91 eine Bestimmung als Kompressorsolldrehzahl TGNCc erfolgt. Im Normalmodus steuert der Wärmepumpen-Controller 32 mittels dieser auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te berechneten Kompressorsolldrehzahl TGNCc den Betrieb des Kompressors 2.
  • Wenn die Kompressorsolldrehzahl TGNCc die untere Drehzahlgrenze TGNCcLimLo erreicht und ein Zustand, in dem die Wärmesenkentemperatur Te bei einem oberhalb und unterhalb der Wärmesenkensolltemperatur TEO eingestellten oberen Grenzwert TeUL und unteren Grenzwert TeLL bis zum unteren Grenzwert TeLL absinkt, für eine festgelegte Zeit tc 1 andauert, hält der Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 91 den Kompressor 2 an und tritt in den Ein/Aus-Modus zur Ein-/Ausschaltsteuerung des Kompressors 2 ein.
  • Wenn in diesem Ein/Aus-Modus des Kompressors 2 die Wärmesenkentemperatur Te bis zum oberen Grenzwert TeUL ansteigt, wird der Kompressor 2 gestartet und mit der unteren Drehzahlgrenze TGNCcLimLo für die Kompressorsolldrehzahl TGNCc betrieben, und wenn die Wärmesenkentemperatur Te in diesem Zustand bis zum unteren Grenzwert TeLL sinkt, wird der Kompressor 2 wieder angehalten. Es erfolgt also ein Betreiben (Einschalten) und Anhalten (Ausschalten) des Kompressors 2 an der unteren Drehzahlgrenze TGNCcLimLo. Wenn nach dem Ansteigen der Wärmesenkentemperatur Te bis zum oberen Grenzwert TeUL und Starten des Kompressors 2 ein Zustand, in dem die Wärmesenkentemperatur Te nicht unter den oberen Grenzwert TeUL sinkt, für eine festgelegte Zeit tc2 andauert, wird der Ein/Aus-Modus des Kompressors 2 beendet und es erfolgt eine Wiederherstellung des Normalmodus.
  • (11-3) Berechnung der Kompressorsolldrehzahl TGNCcb auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw
  • Als Nächstes wird anhand von 13 die Steuerung des Kompressors 2 auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw ausführlich beschrieben. 13 ist ein Steuerungsblockschaubild des Wärmepumpen-Controllers 32, der auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw die Solldrehzahl des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl) TGNCcb berechnet. Ein VK(Vorwärtskopplung)-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 92 des Wärmepumpen-Controllers 32 berechnet auf Grundlage der Außenlufttemperatur Tam, des Wärmeableitersolldrucks PCO, der Wärmesenkensolltemperatur TEO, einer Wärmeträgerströmungsmenge Gw in der Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung 61 (berechnet anhand der Ausgangsleistung der Zirkulationspumpe 62), der Batterietemperatur Tcell, der Ausgangsleistung Mpower des zum Fahren dienenden Motors (vom Fahrzeug-Controller 72 gesendet), der Fahrgeschwindigkeit VSP, der Wärmeerzeugungsmenge der Batterie 55 (vom Batterie-Controller 73 gesendet) und der Wärmeträgersolltemperatur TWO, die der Sollwert der Wärmeträgertemperatur Tw ist, eine VK-Betätigungsgröße TGNCcbff der Kompressorsolldrehzahl.
  • Ein RK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 93 berechnet auf Grundlage der Wärmeträgersolltemperatur TWO und der Wärmeträgertemperatur Tw mittels PID-Berechnung bzw. PI-Berechnung eine RK-Betätigungsgröße TGNCcbfb der Kompressorsolldrehzahl. Die durch den VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 92 berechnete VK-Betätigungsgröße TGNCcbff und die durch den RK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 93 berechnete RK-Betätigungsgröße TGNCcbfb werden in einem Addierer 94 addiert und als TGNCb00 in einen Grenzwerteinstellungsabschnitt 96 eingespeist.
  • Am Grenzwerteinstellungsabschnitt 96 werden eine steuerungsbedingte untere Drehzahlgrenze TGNCcbLimLo und obere Drehzahlgrenze TGNCcbLimHi festgelegt, und es erfolgt eine Bestimmung als TGNCcb0, woraufhin über einen Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 97 eine Bestimmung als Kompressorsolldrehzahl TGNCcb erfolgt. Im Normalmodus steuert der Wärmepumpen-Controller 32 mittels dieser auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw berechneten Kompressorsolldrehzahl TGNCcb den Betrieb des Kompressors 2.
  • Wenn die Kompressorsolldrehzahl TGNCcb die untere Drehzahlgrenze TGNCcbLimLo erreicht und ein Zustand, in dem die Wärmeträgertemperatur Tw bei einem oberhalb und unterhalb der Wärmeträgersolltemperatur TWO eingestellten oberen Grenzwert TUL und unteren Grenzwert TLL bis zum unteren Grenzwert TLL absinkt, für eine festgelegte Zeit tcb 1 andauert, hält der Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 97 den Kompressor 2 an und tritt in den Ein/Aus-Modus der Ein-/Ausschaltsteuerung des Kompressors 2 ein.
  • Wenn in diesem Ein/Aus-Modus des Kompressors 2 die Wärmeträgertemperatur Tw bis zum oberen Grenzwert TUL ansteigt, wird der Kompressor 2 gestartet und mit der unteren Drehzahlgrenze TGNCcbLimLo für die Kompressorsolldrehzahl TGNCcb betrieben, und wenn die Wärmeträgertemperatur Tw in diesem Zustand bis zum unteren Grenzwert TLL sinkt, wird der Kompressor 2 wieder angehalten. Es erfolgt also ein Betreiben (Einschalten) und Anhalten (Ausschalten) des Kompressors 2 an der unteren Drehzahlgrenze TGNCcbLimLo. Wenn nach dem Ansteigen der Wärmeträgertemperatur Tw bis zum oberen Grenzwert TUL und Starten des Kompressors 2 ein Zustand, in dem die Wärmeträgertemperatur Tw nicht unter den oberen Grenzwert TUL sinkt, für eine festgelegte Zeit tcb2 andauert, wird der Ein/Aus-Modus des Kompressors 2 beendet und es erfolgt eine Wiederherstellung des Normalmodus.
  • (12) Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung durch den Wärmepumpen-Controller 32 (Teil 1)
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 14 ein Beispiel für die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung beschrieben, die der Wärmepumpen-Controller 32 bei einem Übergang aus dem Kühlmodus (ersten Betriebsmodus) in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung (zweiten Betriebsmodus) und bei einem Übergang aus dem Batteriekühlungsmodus (allein) (ersten Betriebsmodus) in den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung (zweiten Betriebsmodus) ausführt. 14 zeigt beide Übergänge zusammengefasst.
  • Unmittelbar nach dem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung liegen mehr Kanäle für die Wärmetauscher derselben vor, weshalb sich ein Zustand ergibt, in dem die Leistung (Drehzahl) des Kompressors 2 nicht ausreicht, sodass die Temperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft vorübergehend ansteigt, was für den Benutzer unangenehm ist und zudem die Kühlung der Batterie 55 verzögert.
  • Wenn bei Ausführung des Kühlmodus beispielsweise die durch den Wärmeträgertemperatursensor 76 erfasste Wärmeträgertemperatur Tw bis auf den oberen Grenzwert TUL ansteigt oder die durch den Batterietemperatursensor 77 erfasste Batterietemperatur Tcell bis auf einen festgelegten Grenzwert ansteigt, gibt daher der Batterie-Controller 73 eine Batteriekühlungsanforderung an den Wärmepumpen-Controller 32 oder den Klimatisierungs-Controller 45 aus. Wenn beispielsweise zu Zeitpunkt t1 von 14 eine Batteriekühlungsanforderung in den Wärmepumpen-Controller 32 eingegeben wird, ergibt dies eine Modusübergangsanforderung, und der Wärmepumpen-Controller 32 beginnt in diesem Fall mit der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung und senkt zunächst die Wärmesenkensolltemperatur TEO um einen festgelegten Wert TEO 1.
  • Da auf diese Weise die durch den VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 86 aus 12 berechnete VK-Betätigungsgröße TGNCcff der Kompressorsolldrehzahl ansteigt, steigt auch die letztlich berechnete Kompressorsolldrehzahl TGNCc über den normalen Wert hinaus an, sodass die tatsächliche Drehzahl des Kompressors 2 zunimmt. Wenn beispielsweise zu einem Zeitpunkt t2 in 14 die Kompressorsolldrehzahl TGNCc bis auf einen festgelegten Wert TGNCc1 ansteigt oder seit dem Zeitpunkt t1 eine festgelegte Zeit ts 1 verstrichen ist, öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 69 und bewirkt einen Übergang des Betriebsmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung.
  • Durch eine derartige Ausführung der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung wird der Mangel an Leistung (Drehzahl) des Kompressors 2 unmittelbar nach dem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung behoben und die Vereinbarkeit zwischen der Klimatisierung der Fahrgastzelle und der Kühlung der Batterie 55 verbessert, wodurch die Zuverlässigkeit und die Markttauglichkeit erhöht werden können. Die Steuerung des Kompressors 2 nach dem Übergang ist eine Wiederherstellung der Drehzahlsteuerung im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung. Da wie erwähnt das elektromagnetische Ventil 69 und das Hilfsexpansionsventil 68 als Expansionsventile mit elektromagnetischem Ventil ausgebildet sind, wird eine Differenzspannung beim Öffnen des elektromagnetischen Ventils 69 während der Erhöhung der Drehzahl des Kompressors 2 reduziert und eine Geräuscherzeugung unterbunden.
  • Da sich auch unmittelbar nach einem Übergang aus dem Batteriekühlungsmodus (allein) in den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung ein Zustand des Leistungsmangels des Kompressors 2 ergibt, verzögert sich die Klimatisierung der Fahrgastzelle, und auch die Kühlung der Batterie 55 wird vorübergehend reduziert.
  • Wenn bei Ausführung des Batteriekühlungsmodus (allein) der Klimatisierungsschalter des Klimaregelungsabschnitts 53 eingeschaltet wird, gibt der Klimatisierungs-Controller 45 eine Klimatisierungsanforderung an den Wärmepumpen-Controller 32 aus. Wenn ebenfalls zu Zeitpunkt t1 von 14 eine Klimatisierungsanforderung in den Wärmepumpen-Controller 32 eingegeben wird, ergibt dies eine Modusübergangsanforderung, und der Wärmepumpen-Controller 32 beginnt in diesem Fall mit der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung und senkt zunächst die Wärmeträgersolltemperatur TWO um einen festgelegten Wert TWO 1.
  • Da auf diese Weise die durch den VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 92 aus 13 berechnete VK-Betätigungsgröße TGNCcbff der Kompressorsolldrehzahl ansteigt, steigt auch die letztlich berechnete Kompressorsolldrehzahl TGNCcb über den normalen Wert hinaus an, sodass die tatsächliche Drehzahl des Kompressors 2 zunimmt. Wenn beispielsweise zu einem Zeitpunkt t2 in 14 die Kompressorsolldrehzahl TGNCcb bis auf einen festgelegten Wert TGNCcb 1 ansteigt, öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 35 und bewirkt einen Übergang des Betriebsmodus in den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung.
  • Durch eine derartige Ausführung der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung wird der Mangel an Leistung (Drehzahl) des Kompressors 2 unmittelbar nach dem Übergang aus dem Batteriekühlungsmodus (allein) in den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung behoben und die Vereinbarkeit zwischen der Kühlung der Batterie 55 und der Klimatisierung der Fahrgastzelle verbessert, wodurch die Zuverlässigkeit und die Markttauglichkeit erhöht werden können. Die Steuerung des Kompressors 2 nach dem Übergang ist eine Wiederherstellung der Drehzahlsteuerung im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung. Da wie erwähnt das elektromagnetische Ventil 35 und das interne Expansionsventil 8 als Expansionsventile mit elektromagnetischem Ventil ausgebildet sind, wird eine Differenzspannung beim Öffnen des elektromagnetischen Ventils 35 während der Erhöhung der Drehzahl des Kompressors 2 reduziert und eine Geräuscherzeugung unterbunden.
  • Im Ausführungsbeispiel lässt der Wärmepumpen-Controller 32 im Kühlmodus und im Batteriekühlungsmodus (allein) Kältemittel an einem der Wärmesenke 9 und des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 verdampfen, und im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung und im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung lässt er Kältemittel an der Wärmesenke 9 und am Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 verdampfen, weshalb im Kühlmodus und im Batteriekühlungsmodus (allein) jeweils eine Kühlung der Fahrgastzelle und eine Kühlung der Batterie 55 erfolgen und im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung und im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung die Kühlung der Batterie 55 während der Kühlung der Fahrgastzelle durchgeführt werden kann.
  • Da im Ausführungsbeispiel beim Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung und beim Übergang aus dem Batteriekühlungsmodus (allein) in den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausgeführt wird, können die Unannehmlichkeit für den Benutzer, dass unmittelbar nach dem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung die Temperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft ansteigt, und die Unannehmlichkeit, dass unmittelbar nach dem Übergang aus dem Batteriekühlungsmodus (allein) in den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung die Kühlleistung für die Batterie 55 sinkt, von vorneherein vermieden werden, und es kann eine bessere Vereinbarkeit zwischen der Klimatisierung der Fahrgastzelle und der Kühlung der Batterie 55 erzielt werden.
  • Da hier im Ausführungsbeispiel das elektromagnetische Ventil 35, das den Strom des Kältemittels zur Wärmesenke 9 steuert, und das elektromagnetische Ventil 69, das den Strom des Kältemittels zum Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 steuert, bereitgestellt sind, und der Wärmepumpen-Controller 32 im Kühlmodus und im Batteriekühlungsmodus (allein) eines des elektromagnetischen Ventils 35 und des elektromagnetischen Ventils 69 öffnet und das andere schließt und im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung und im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung das elektromagnetische Ventil 35 und das elektromagnetische Ventil 69 öffnet, können die einzelnen Betriebsmodi problemlos ausgeführt werden.
  • Da im Ausführungsbeispiel ferner der Kühlmodus, in dem das elektromagnetische Ventil 35 geöffnet wird, die Drehzahl des Kompressors 2 mittels der Wärmesenkentemperatur Te gesteuert und das elektromagnetische Ventil 69 geschlossen wird, und der Batteriekühlungsmodus (allein) ausgeführt werden, in dem das elektromagnetische Ventil 69 geöffnet wird, die Drehzahl des Kompressors 2 mittels der Wärmeträgertemperatur Tw gesteuert wird und das elektromagnetische Ventil 35 geschlossen wird, können das Kühlen der Fahrgastzelle und das Kühlen der Batterie 55 problemlos durchgeführt werden.
  • Da zudem im Ausführungsbeispiel der Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung, in dem das elektromagnetische Ventil 35 geöffnet wird, die Drehzahl des Kompressors 2 mittels der Wärmesenkentemperatur Te gesteuert wird und das elektromagnetische Ventil 69 mittels der Wärmeträgertemperatur Tw öffnend und schließend gesteuert wird, und der Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung ausgeführt werden, in dem das elektromagnetische Ventil 69 geöffnet wird, die Drehzahl des Kompressors 2 mittels der Wärmeträgertemperatur Tw gesteuert wird und das elektromagnetische Ventil 35 mittels der Wärmesenkentemperatur Te öffnend und schließend gesteuert wird, wird während der Kühlung der Fahrgastzelle eine Kühlung der Batterie 55 durchgeführt und je nach Situation zwischen einer Priorisierung der Kühlung der Fahrgastzelle und einer Priorisierung der Kühlung der Batterie 55 umgeschaltet, wodurch eine angenehme Kühlung der Fahrgastzelle und eine wirkungsvolle Kühlung der Batterie 55 erreicht werden können.
  • Indem wie im Ausführungsbeispiel bei der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung die in den VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 86, 92 eingegebene Wärmesenkensolltemperatur TEO bzw. Wärmeträgersolltemperatur TWO gesenkt wird und so die Kompressorsolldrehzahl TGNCc bzw. TGNCcb erhöht wird, kann im Kühlmodus und im Batteriekühlungsmodus (allein) durch die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung die Drehzahl des Kompressors 2 in angemessener Weise erhöht werden.
  • Wenn wie im Ausführungsbeispiel im Kühlmodus oder im Batteriekühlungsmodus (allein) eine Batteriekühlungsanforderung oder eine Klimatisierungsanforderung (jeweils eine Modusübergangsanforderung) eingegeben wird und der Wärmepumpen-Controller 32 nach dem Erhöhen der Drehzahl des Kompressors 2 mittels der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung bzw. den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung übergeht, kann vor dem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung oder den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung die Drehzahl des Kompressors 2 in geeigneter Weise erhöht werden.
  • (13) Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung durch den Wärmepumpen-Controller 32 (Teil 2)
  • Als Nächstes wird ein weiteres Beispiel der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung beschrieben, die der Wärmepumpen-Controller 32 bei einem Übergang aus dem Kühlmodus (ersten Betriebsmodus) in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung (zweiten Betriebsmodus) ausführt. Wenn im Kühlmodus die Ausgangsleistung Mpower des zum Fahren dienenden Motors ansteigt, steigt auch die Temperatur der Batterie 55 an, weshalb damit zu rechnen ist, dass anschließend eine Batteriekühlungsanforderung ausgegeben wird und ein Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung erfolgt.
  • Wenn die Ausgangsleistung Mpower des zum Fahren dienenden Motors einen festgelegten Schwellenwert Mpower 1 erreicht oder überschreitet, führt der Wärmepumpen-Controller 32 daher die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung (Senkung der Wärmesenkensolltemperatur TEO) aus. Vor dem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung wird auf diese Weise die Drehzahl des Kompressors 2 erhöht, wodurch unmittelbar nach dem Übergang die Vereinbarkeit zwischen der Klimatisierung der Fahrgastzelle und der Kühlung der Batterie 55 verbessert werden kann. Insbesondere kann in diesem Fall vor der Eingabe der Batteriekühlungsanforderung die Drehzahl des Kompressors 2 erhöht werden, weshalb ein frühzeitiger Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung möglich ist.
  • (14) Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung durch den Wärmepumpen-Controller 32 (Teil 3)
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 15 ein weiteres Beispiel der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung beschrieben, die der Wärmepumpen-Controller 32 bei einem Übergang aus dem Kühlmodus (ersten Betriebsmodus) in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung (zweiten Betriebsmodus) ausführt.
  • Wenn im Kühlmodus die Ausgangsleistung Mpower des zum Fahren dienenden Motors abrupt ansteigt oder die Batterietemperatur Tcell abrupt ansteigt und auch, wenn die Wärmeerzeugungsmenge der Batterie 55 abrupt ansteigt, ist anschließend mit einem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung zu rechnen. Wenn beispielsweise zu einem Zeitpunkt t3 in 15 ein Anstiegstrend der Ausgangsleistung Mpower des zum Fahren dienenden Motors einen festgelegten Schwellenwert X 1 erreicht oder überschreitet oder ein Anstiegstrend der Batterietemperatur Tcell einen festgelegten Schwellenwert X2 erreicht oder überschreitet oder aber eine Wärmeerzeugungsmenge der Batterie 55 einen festgelegten Schwellenwert X3 erreicht oder überschreitet, beginnt der Wärmepumpen-Controller 32 in diesem Fall die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung und senkt zunächst die Wärmesenkensolltemperatur TEO um einen festgelegten Wert TEO 1. Die Schwellenwerte X1 bis X3 sind im Voraus durch Versuche ermittelte Werte.
  • Da auf diese Weise wie zuvor erörtert die Kompressorsolldrehzahl TGNCc ansteigt, steigt auch die tatsächliche Drehzahl des Kompressors 2 (Ist-Drehzahl) an. Der Wärmepumpen-Controller 32 erhöht die Kompressorsolldrehzahl TGNCc bis auf einen festgelegten Wert TGNCc1. Wenn anschließend zu einem Zeitpunkt t4 eine Batteriekühlungsanforderung eingegeben wird, geht der Wärmepumpen-Controller 32 in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung über und führt in diesem Fall bis zu einem Zeitpunkt t5 eine Betriebsmodusumschaltverarbeitung durch. Während dieser Betriebsmodusumschaltverarbeitung wird das elektromagnetische Ventil 69 geöffnet.
  • Durch eine derartige Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung wird der Mangel an Leistung (Drehzahl) des Kompressors 2 unmittelbar nach dem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung behoben und die Vereinbarkeit zwischen der Klimatisierung der Fahrgastzelle und der Kühlung der Batterie 55 verbessert, wodurch die Zuverlässigkeit und die Markttauglichkeit erhöht werden können. Insbesondere kann auch in diesem Fall vor der Eingabe der Batteriekühlungsanforderung die Drehzahl des Kompressors 2 erhöht werden, weshalb ein frühzeitiger Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung möglich ist. Die Steuerung des Kompressors 2 nach dem Übergang ist eine Wiederherstellung der Drehzahlsteuerung im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung.
  • (15) Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung durch den Wärmepumpen-Controller 32 (Teil 4)
  • Wenn der Kühlmodus ausgeführt wird und beispielsweise auf der Autobahn längere Zeit schnell gefahren wird, steigt die Temperatur an der Batterie 55 an, und es ist anschließend mit einem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung zu rechnen. Wenn im Kühlmodus aus Navigationsinformationen, die von der GPS-Navigationsvorrichtung 74 bezogen werden, beispielsweise angezeigt wird, dass demnächst auf der Autobahn gefahren wird und ein Anstieg der Temperatur der Batterie 55 vorhergesagt wird, führt der Wärmepumpen-Controller 32 daher die bereits erörterte Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung (Senken der Wärmesenkensolltemperatur TEO) aus.
  • Dadurch kann vor der Eingabe der Batteriekühlungsanforderung die Drehzahl des Kompressors 2 erhöht werden, weshalb ein frühzeitiger Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung möglich ist.
  • Der Wärmepumpen-Controller 32 kann anstelle der unter (12) erörterten Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung auch eine der unter (13) bis (15) erörterten Kompressordrehzahlerhöhungssteuerungen ausführen, wobei die unter (13) bis (15) erörterten Kompressordrehzahlerhöhungssteuerungen einzeln oder miteinander kombiniert oder alle ausgeführt werden.
  • (16) Steuerung zum Einschränken einer übermäßigen Kühlung der Fahrgastzelle bei Ausführung der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung
  • Wenn im Kühlmodus die Drehzahl des Kompressors 2 erhöht wird, sinkt während eines Zeitraums vor dem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung, nämlich dem Zeitraum von t1 bis t2 in 14 und dem Zeitraum von t3 bis t4 in 15 die Temperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft.
  • Wenn der Wärmepumpen-Controller 32 die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung beim Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung ausführt, schränkt er daher den Betrieb des internen Gebläses 27 ein. Er senkt die Drehzahl des internen Gebläses 27, um die Unannehmlichkeit einer übermäßigen Kühlung der Fahrgastzelle zu beheben.
  • (17) Steuerung zum reduzierenden Einschränken der Ausblastemperatur bei Ausführung der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung
  • Anstelle des Vorstehenden oder zusätzlich dazu kann der Wärmepumpen-Controller 32 beim Ausführen der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung auch die Luftmischungsklappe 28 steuern und den Anteil der zum Wärmeableiter 4 geblasenen Luft erhöhen. Dadurch wird die Temperaturreduzierung der an die Fahrgastzelle geleiteten Luft eingeschränkt, wodurch die Unannehmlichkeit einer übermäßigen Kühlung der Fahrgastzelle behoben werden kann.
  • Im obenstehenden Ausführungsbeispiel wurde die Wärmeträgertemperatur Tw als Index zum Anzeigen der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjekts verwendet, doch kann auch die Batterietemperatur Tcell verwendet werden. Im Ausführungsbeispiel wird ein Wärmeträger zirkuliert, um die Temperatur der Batterie 55 zu regulieren, doch liegt in dieser Hinsicht keine Einschränkung vor, und es kann auch ein direkter Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Batterie 55 (Temperaturregulierungszielobjekt) bewirkt werden.
  • Im Ausführungsbeispiel wurde eine Fahrzeugklimaanlage 1 beschrieben, bei der der Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung und der Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung zum gleichzeitigen Durchführen der Kühlung der Fahrgastzelle und der Kühlung der Batterie 55 ausgeführt werden, sodass während der Kühlung der Fahrgastzelle die Batterie 55 gekühlt werden kann, doch ist die Kühlung der Batterie 55 nicht auf die Zeit während der Fahrgastzellenkühlung beschränkt, und es können auch andere Klimatisierungsbetriebsarten wie etwa ein Entfeuchtungsheizmodus und die Kühlung der Batterie 55 gleichzeitig durchgeführt werden. In diesem Fall ist der Entfeuchtungsheizmodus ebenfalls ein Klimatisierungsmodus (allein) der vorliegenden Erfindung, weshalb das elektromagnetische Ventil 69 geöffnet und über die Kältemittelleitung 13F ein Teil des zur Wärmesenke 9 strömenden Kältemittels in die Verzweigungsleitung 67 und zum Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 geströmt wird.
  • Im Ausführungsbeispiel war das elektromagnetische Ventil 35 die Wärmesenkenventilvorrichtung und das elektromagnetische Ventil 69 die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung, doch wenn das interne Expansionsventil 8 und das Hilfsexpansionsventil 68 als vollständig verschließbare elektrisch angetriebene Ventile ausgebildet sind, sind die elektromagnetischen Ventile 35 und 69 nicht erforderlich, sodass das interne Expansionsventil 8 die Wärmesenkenventilvorrichtung und das Hilfsexpansionsventil 68 die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist.
  • Im Ausführungsbeispiel waren die Wärmesenke 9 und der Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 die Verdampfer der vorliegenden Erfindung, doch ist die Erfindung aus Anspruch 1 nicht darauf beschränkt und ist auch für eine Fahrzeugklimaanlage gültig, die neben einem Hauptverdampfer, welcher die der Fahrgastzelle zugeführte Luft kühlt (Wärmesenke 9 des Ausführungsbeispiels), einen weiteren Verdampfer (Rücksitzverdampfer oder dergleichen, der andere Stellen in der Fahrgastzelle kühlt, oder einen Verdampfer, der Stellen des Fahrzeugs außerhalb der Fahrgastzelle kühlt) umfasst.
  • In diesem Fall handelt es sich bei einem Betriebsmodus, bei dem an einem des Hauptverdampfers und des weiteren Verdampfers (Rücksitzverdampfer oder dergleichen) Kältemittel verdampft wird, um den ersten Betriebsmodus der vorliegenden Erfindung, und bei dem Betriebsmodus, bei dem an beiden Verdampfern Kältemittel verdampft wird, um den zweiten Betriebsmodus,
  • Die Erfindung aus Anspruch 1 ist auch für eine Fahrzeugklimaanlage gültig, bei der zusätzlich zu der Wärmesenke 9 und dem Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 ein weiterer Verdampfer (Rücksitzverdampfer oder dergleichen) bereitgestellt ist. In diesem Fall handelt es sich neben dem Ausführungsbeispiel und der obenstehenden Kombination bei einem Betriebsmodus, in dem an der Wärmesenke 9 und dem weiteren Verdampfer (Rücksitzverdampfer oder dergleichen) Kältemittel verdampft wird, um den ersten Betriebsmodus der vorliegenden Erfindung, und bei dem Betriebsmodus, in dem an der Wärmesenke 9, dem weiteren Verdampfer (Rücksitzverdampfer oder dergleichen) und dem Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 verdampft wird, um den zweiten Betriebsmodus.
  • Auch liegt keine Beschränkung hinsichtlich des Aufbaus des Kältemittelkreislaufs R und der Zahlenwerte des obenstehenden Ausführungsbeispiels vor, und es liegt auf der Hand, dass diese veränderbar sind, solange nicht vom Wesen der Erfindung abgewichen wird. Auch wurde die vorliegende Erfindung im Ausführungsbeispiel anhand der Fahrzeugklimaanlage 1 beschrieben, die die Betriebsmodi Heizmodus, Entfeuchtungsheizmodus, Entfeuchtungskühlmodus, Kühlmodus, Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung usw. aufweist, doch liegt keine Beschränkung hierauf vor, und die vorliegende Erfindung ist auch für eine Fahrzeugklimaanlage gültig, beispielsweise den Kühlmodus, den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung, den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und den Batteriekühlungsmodus (allein) ausführen kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeugklimaanlage
    2
    Kompressor
    3
    Luftkanal
    4
    Wärmeableiter
    6
    externes Expansionsventil
    7
    externer Wärmetauscher
    8
    internes Expansionsventil
    9
    Wärmesenke (Verdampfer)
    11
    Steuervorrichtung
    32
    Wärmepumpen-Controller (Teil der Steuervorrichtung)
    35
    elektromagnetisches Ventil (Wärmesenkenventilvorrichtung)
    45
    Klimatisierungs-Controller (Teil der Steuervorrichtung)
    55
    Batterie (Temperaturregulierungszielobjekt)
    61
    Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung
    64
    Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher (Verdampfer, Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher)
    68
    Hilfsexpansionsventil
    69
    elektromagnetisches Ventil (Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung)
    72
    Fahrzeug-Controller
    73
    Batterie-Controller
    77
    Batterietemperatursensor
    76
    Wärmeträgertemperatursensor
    R
    Kältemittelkreislauf

Claims (12)

  1. Fahrzeugklimaanlage (1) zum Klimatisieren einer Fahrgastzelle, wenigstens umfassend einen Kompressor (2) zum Verdichten von Kältemittel, einen Verdampfer zum Verdampfen von Kältemittel und eine Steuervorrichtung (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (11) eine Umschaltung zwischen wenigstens einem ersten Betriebsmodus, in dem Kältemittel am Verdampfer verdampft wird, und einem zweiten Betriebsmodus ausführt, in dem Kältemittel an einer größeren Anzahl Verdampfer als im ersten Betriebsmodus verdampft wird, und bei einem Übergang aus dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus unmittelbar vor dem Übergang in den zweiten Betriebsmodus eine Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt, um die Drehzahl des Kompressors (2) zu erhöhen.
  2. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdampfer zum Verdampfen von Kältemittel und Kühlen von Luft, die der Fahrgastzelle zugeführt wird, eine Wärmesenke (9), und als Verdampfer zum Verdampfen von Kältemittel und Kühlen eines Temperaturregulierungszielobjekts ein Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher (64) bereitgestellt ist, wobei die Steuervorrichtung (11) im ersten Betriebsmodus Kältemittel an einem der Wärmesenke (9) und des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers (64) verdampfen lässt und im zweiten Betriebsmodus Kältemittel an der Wärmesenke (9) und am Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher (64) verdampfen lässt.
  3. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmesenkenventilvorrichtung zum Steuern des Strömens von Kältemittel zu der Wärmesenke (9) und eine Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung zum Steuern des Strömens von Kältemittel zu dem Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher (64) bereitgestellt sind, wobei die Steuervorrichtung (11) im ersten Betriebsmodus eine der Wärmesenkenventilvorrichtung und der Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung öffnet und die andere schließt und im zweiten Betriebsmodus die Wärmesenkenventilvorrichtung und die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung öffnet.
  4. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (11) als den ersten Betriebsmodus einen Klimatisierungsmodus (allein), in dem die Wärmesenkenventilvorrichtung geöffnet wird und auf Grundlage der Temperatur der Wärmesenke (9) die Drehzahl des Kompressors (2) gesteuert wird und die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung geschlossen wird, und einen Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) aufweist, in dem die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung geöffnet wird und auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers (64) oder des durch ihn gekühlten Zielobjekts die Drehzahl des Kompressors (2) gesteuert wird und die Wärmesenkenventilvorrichtung geschlossen wird, und als den zweiten Betriebsmodus einen Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung, in dem die Wärmesenkenventilvorrichtung geöffnet wird und auf Grundlage der Temperatur der Wärmesenke (9) die Drehzahl des Kompressors (2) gesteuert wird und auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobj ektwärmetauschers (64) oder des durch ihn gekühlten Zielobjekts die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung öffnend und schließend gesteuert wird, und einen Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung aufweist, in dem die Temperaturregulierungszielobjektventilvorrichtung geöffnet wird und auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers (64) oder des durch ihn gekühlten Zielobjekts die Drehzahl des Kompressors (2) gesteuert wird und auf Grundlage der Temperatur der Wärmesenke (9) die Wärmesenkenventilvorrichtung öffnend und schließend gesteuert wird, wobei sie bei einem Übergang aus dem Klimatisierungsmodus (allein) in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung und aus dem Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) in den Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt.
  5. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (11) im Klimatisierungsmodus (allein) auf Grundlage einer Solltemperatur der Wärmesenke (9) mittels Vorwärtskopplungsberechnung eine Solldrehzahl des Kompressors (2) berechnet und im Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) auf Grundlage einer Solltemperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers (64) oder des durch ihn gekühlten Zielobjekts mittels Vorwärtskopplungsberechnung die Solldrehzahl des Kompressors (2) berechnet und bei der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung durch Senken der jeweiligen Solltemperatur die Solldrehzahl des Kompressors (2) erhöht.
  6. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Klimatisierungsmodus (allein) oder im Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) für den Fall, dass eine festgelegte Modusübergangsanforderung eingegeben wird, nach dem Erhöhen der Drehzahl des Kompressors (2) mittels der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung oder den Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung übergeht.
  7. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturregulierungszielobjekt eine im Fahrzeug installierte Batterie (55) ist, ein zum Fahren dienender Motor des Fahrzeugs durch von der Batterie (55) zugeführte elektrische Energie angetrieben wird und die Steuervorrichtung (11) im Klimatisierungsmodus (allein), falls eine festgelegte Modusübergangsanforderung eingegeben wird, in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung übergeht und im Klimatisierungsmodus (allein), falls eine Ausgangsleistung des zum Fahren dienenden Motors einen festgelegten Schwellenwert erreicht oder überschreitet oder falls ein Anstiegstrend der Ausgangsleistung des zum Fahren dienenden Motors einen festgelegten Schwellenwert erreicht oder überschreitet, die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt.
  8. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4, Anspruch 5 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (11) im Klimatisierungsmodus (allein), falls eine festgelegte Modusübergangsanforderung eingegeben wird, in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung übergeht und im Klimatisierungsmodus (allein), falls ein Anstiegstrend der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjekts einen Schwellenwert erreicht oder überschreitet, die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt.
  9. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4, Anspruch 5, Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (11) im Klimatisierungsmodus (allein), falls eine festgelegte Modusübergangsanforderung eingegeben wird, in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung übergeht und im Klimatisierungsmodus (allein), falls ein Anstiegstrend einer Wärmeerzeugungsmenge des Temperaturregulierungszielobjekt einen Schwellenwert erreicht oder überschreitet, die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt.
  10. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4, Anspruch 5 oder Anspruch 7 bis Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (11) im Klimatisierungsmodus (allein), falls eine festgelegte Modusübergangsanforderung eingegeben wird, in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung übergeht und im Klimatisierungsmodus (allein), falls aus Navigationsinformationen ein Anstieg der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjekts vorhergesagt wird, die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt.
  11. Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein internes Gebläse (27) bereitgestellt ist, um Luft, die einen Wärmeaustausch mit der Wärmesenke (9) erfahren hat, in die Fahrgastzelle zu befördern, wobei die Steuervorrichtung (11), wenn ein Übergang aus dem Klimatisierungsmodus (allein) in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung erfolgt und sie die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt, den Betrieb des internen Gebläses steuert.
  12. Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeableiter (4), um Wärme aus dem Kältemittel abzuleiten und an die Fahrgastzelle geleitete Luft zu erwärmen, und eine Luftmischungsklappe (28) bereitgestellt sind, um den Anteil der durch die Wärmesenke (9) geströmten Luft anzupassen, die zum Wärmeableiter (4) geblasen wird, wobei die Steuervorrichtung (11), wenn ein Übergang aus dem Klimatisierungsmodus (allein) in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung erfolgt und sie die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausführt, eine Senkung der Temperatur der durch die Luftmischungsklappe an die Fahrgastzelle geleiteten Luft steuert.
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