DE112019006361T5

DE112019006361T5 - Fahrzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE112019006361T5
Application number: DE112019006361.8T
Authority: DE
Inventors: Kohei Yamashita; Ryo Miyakoshi; Takafumi Aoki; Yuma Yamazaki; Hongming Zhang
Original assignee: Sanden Automotive Climate Systems Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2021-09-02
Also published as: JP7372732B2; WO2020129494A1; JP2020097362A; CN113165477A

Abstract

Es wird eine Fahrzeugklimaanlage bereitgestellt, die beim Kühlen eines in einem Fahrzeug installierten Temperaturregulierungszielobjekts das Bilden von Kondensation an dem Temperaturregulierungszielobjekt von vorneherein vermeiden kann. Eine Steuervorrichtung weist einen Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und einen Batteriekühlungsmodus (allein) auf, in denen die Drehzahl eines Kompressors 2 auf Grundlage einer Wärmeträgertemperatur Tw und einer Wärmeträgersolltemperatur TWO gesteuert wird, und hält in diesen Betriebsmodi für den Fall, dass die Wärmeträgertemperatur Tw einen festgelegten Zwangsstoppwert TwSL, der niedriger als die Wärmeträgersolltemperatur TWO ist, unterschreitet oder den Zwangsstoppwert TwSL erreicht, den Kompressor 2 zu diesem Zeitpunkt an.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage der Wärmepumpenbauart zum Klimatisieren einer Fahrgastzelle.
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 elektrisch angetriebener Kompressor, ein Wärmeableiter, eine Wärmesenke (interner Wärmetauscher) und ein externer Wärmetauscher verbunden sind, wobei die Fahrgastzelle klimatisiert wird, indem geheizt wird, indem von dem Kompressor abgegebenes Kältemittel am Wärmeableiter Wärme abgibt und das Kältemittel, das am Wärmeableiter Wärme abgegeben hat, im externen Wärmetauscher Wärme absorbiert, und indem gekühlt wird, indem von dem Kompressor abgegebenes Kältemittel am externen Wärmetauscher Wärme abgibt und an der Wärmesenke verdampft und Wärme absorbiert (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Bei der Auf- und Entladung in einer Umgebung, die aufgrund von Eigenwärme durch die Auf- und Entladung der Batterie oder dergleichen eine hohe Temperatur erreicht hat, schreitet jedoch ihre Verschlechterung voran, und es besteht schließlich die Gefahr eines Versagens durch Betriebsstörungen. Daher wurde auch eine Technik entwickelt, wobei ein Verdampfer für die Batterie gesondert im Kältemittelkreislauf bereitgestellt ist und durch den Verdampfer für die Batterie ein Wärmeaustausch zwischen Kältemittel, das im Kältemittelkreislauf zirkuliert, und Batteriekältemittel (Wärmeträger) bewirkt wird und durch Zirkulierenlassen des dem Wärmeaustausch unterzogenen Wärmeträgers zur Batterie die Batterie gekühlt werden kann (siehe beispielsweise Patentdokument 2 und Patentdokument 3).
LISTE DER REFERENZDOKUMENTE
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2014-213765
Patentdokument 2: Japanische Patentauslegeschrift Nr. 5860360
Patentdokument 3: Japanische Patentauslegeschrift Nr. 5860361

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Wenn auf diese Weise die Batterie (ein im Fahrzeug installiertes Temperaturregulierungszielobjekt) gekühlt wird, wird die Drehzahl des Kompressors auf Grundlage der Temperatur des Wärmeträgers und dessen Solltemperatur gesteuert, und wenn die Temperatur des Wärmeträgers außerhalb des Steuerungsbereichs sinkt oder die Temperatur der Batterie zu weit absinkt, besteht das Problem der Kondensationsbildung an der Batterie.
Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen dieses technischen Problems des Stands der Technik geschaffen, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugklimaanlage bereitzustellen, die beim Kühlen eines in einem Fahrzeug installierten Temperaturregulierungszielobjekts das Bilden von Kondensation an dem Temperaturregulierungszielobjekt von vorneherein vermeiden kann.
LÖSUNG DER AUFGABEN
Eine Fahrzeugklimaanlage der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens einen Kompressor zum Verdichten von Kältemittel, einen internen Wärmetauscher zum Bewirken eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kältemittel und Luft, die einer Fahrgastzelle zugeführt wird, und eine Steuervorrichtung, und klimatisiert die Fahrgastzelle, und ist gekennzeichnet durch einen Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher zum Kühlen eines Temperaturregulierungszielobjekts durch Bewirken, dass das Kältemittel Wärme aufnimmt, wobei die Steuervorrichtung einen Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus aufweist, in dem die Drehzahl des Kompressors auf Grundlage einer Solltemperatur der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts gesteuert wird und in dem Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus für den Fall, dass die Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts einen festgelegten Zwangsstoppwert unterschreitet, der niedriger als die Solltemperatur ist, oder den Zwangsstoppwert erreicht, den Kompressor zu diesem Zeitpunkt anhält.
Eine Fahrzeugklimaanlage einer Erfindung von Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der obenstehenden Erfindung die Steuervorrichtung einen festgelegten oberen Grenzwert, der oberhalb der Solltemperatur eingestellt ist, und einen festgelegten unteren Grenzwert aufweist, der oberhalb des Zwangsstoppwerts und unterhalb der Solltemperatur eingestellt ist, und nach dem Anhalten des Kompressors, da die Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts den Zwangsstoppwert unterschritten oder den Zwangsstoppwert erreicht hat, eine Ein/AusSteuerung ausführt, bei der ein Betreiben/Anhalten des Kompressors zwischen dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert wiederholt wird.
Eine Fahrzeugklimaanlage einer Erfindung von Anspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung in der obenstehenden Erfindung den Kompressor beim Betreiben mittels der Ein/Aus-Steuerung mit einer steuerungsbedingten festgelegten Mindestdrehzahl betreibt.
Eine Fahrzeugklimaanlage einer Erfindung von Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung in den Erfindungen von Anspruch 2 oder 3 für den Fall, dass die Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts den oberen Grenzwert überschreitet oder den oberen Grenzwert erreicht und dieser Zustand für eine festgelegte Zeit andauert, die Ein/Aus-Steuerung beendet und wieder in den Zustand der Steuerung der Drehzahl des Kompressors auf Grundlage der Solltemperatur der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts zurückkehrt.
Eine Fahrzeugklimaanlage einer Erfindung von Anspruch 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass in den obenstehenden Erfindungen eine Ventilvorrichtung bereitgestellt ist, die Kältemittel zum internen Wärmetauscher strömen lässt, wobei die Steuervorrichtung als Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus einen Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung aufweist, in dem sie die Ventilvorrichtung öffnet und die Drehzahl des Kompressors auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts steuert und die Ventilvorrichtung auf Grundlage der Temperatur des internen Wärmetauschers öffnend und schließend steuert.
Eine Fahrzeugklimaanlage einer Erfindung von Anspruch 6 ist dadurch gekennzeichnet, dass in den obenstehenden Erfindungen die Steuervorrichtung als weiteren Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus einen Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) aufweist, in dem sie die Ventilvorrichtung schließt und die Drehzahl des Kompressors auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts steuert.
Eine Fahrzeugklimaanlage einer Erfindung von Anspruch 7 ist dadurch gekennzeichnet, dass in den obenstehenden Erfindungen eine Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung bereitgestellt ist, die einen Wärmeträger zwischen dem Temperaturregulierungszielobjekt und dem Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher zirkulieren lässt, wobei die Steuervorrichtung den Kompressor mit einer Temperatur Tw des Wärmeträgers oder einer Temperatur Tcell des Temperaturregulierungszielobjekts als Temperatur eines Objekts, das durch den Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher gekühlt wird, steuert.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Da gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Fahrzeugklimaanlage, die wenigstens den Kompressor zum Verdichten von Kältemittel, den internen Wärmetauscher zum Bewirken eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kältemittel und Luft, die der Fahrgastzelle zugeführt wird, und die Steuervorrichtung umfasst und die Fahrgastzelle klimatisiert, der Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher zum Kühlen eines Temperaturregulierungszielobjekts durch Bewirken, dass das Kältemittel Wärme aufnimmt, bereitgestellt ist, wobei die Steuervorrichtung den Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus aufweist, in dem die Drehzahl des Kompressors auf Grundlage der Solltemperatur der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts gesteuert wird, und in dem Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus für den Fall, dass die Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts den festgelegten Zwangsstoppwert unterschreitet, der niedriger als die Solltemperatur ist, oder den Zwangsstoppwert erreicht, den Kompressor zu diesem Zeitpunkt anhält, wird, wenn die Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts durch die Steuerung der Drehzahl des Kompressors auf der Solltemperatur gehalten wird, die Kühllast des Temperaturregulierungszielobjekt reduziert, und kann für den Fall, dass die Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts außerhalb des Steuerungsbereichs absinkt und den Zwangsstoppwert unterschreitet oder erreicht, der Kompressor auf der Stelle angehalten werden, wodurch das Problem, dass die Temperatur des Temperaturregulierungszielobjekts zu stark sinkt und sich Kondensation bildet, von vorneherein vermieden werden kann.
Indem die Steuervorrichtung wie in der Erfindung von Anspruch 2 den festgelegten oberen Grenzwert, der oberhalb der Solltemperatur eingestellt ist, und den festgelegten unteren Grenzwert aufweist, der oberhalb des Zwangsstoppwerts und unterhalb der Solltemperatur eingestellt ist, und nach dem Anhalten des Kompressors, da die Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts den Zwangsstoppwert unterschritten oder den Zwangsstoppwert erreicht hat, die Ein/AusSteuerung ausführt, bei der das Betreiben/Anhalten des Kompressors zwischen dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert wiederholt wird, kann das Temperaturregulierungszielobjekt unter Vermeidung von Kondensationsbildung am Temperaturregulierungszielobjekt angemessen gekühlt werden.
Insbesondere wenn die Steuervorrichtung wie in der Erfindung von Anspruch 3 den Kompressor beim Betreiben mittels der Ein/Aus-Steuerung mit einer steuerungsbedingten festgelegten Mindestdrehzahl betreibt, kann das Temperaturregulierungszielobjekt unter Vermeidung eines häufigen Startens/Anhaltens des Kompressors ungehindert gekühlt werden.
Wenn die Steuervorrichtung ferner wie in der Erfindung von Anspruch 4 für den Fall, dass die Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts den oberen Grenzwert überschreitet oder den oberen Grenzwert erreicht und dieser Zustand für eine festgelegte Zeit andauert, die Ein/Aus-Steuerung beendet und wieder in den Zustand der Steuerung der Drehzahl des Kompressors auf Grundlage der Solltemperatur der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts zurückkehrt, ist als Reaktion auf einen Anstieg der Kühllast des Temperaturregulierungszielobjekts eine ungehinderte Rückkehr zur normalen Drehzahlsteuerung aus der Ein/Aus-Steuerung des Kompressors möglich.
Wenn wie in der Erfindung von Anspruch 5 die Ventilvorrichtung bereitgestellt ist, die Kältemittel zum internen Wärmetauscher strömen lässt, wobei die Steuervorrichtung als Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus den Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung aufweist, in dem sie die Ventilvorrichtung öffnet und die Drehzahl des Kompressors auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts steuert und die Ventilvorrichtung auf Grundlage der Temperatur des internen Wärmetauschers öffnend und schließend steuert, kann auch die Klimatisierung der Fahrgastzelle durch den Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher durchgeführt werden, wobei die Kühlung des Temperaturregulierungszielobjekts Priorität erhält.
Wenn die Steuervorrichtung wie in der Erfindung von Anspruch 6 als weiteren Temperaturregulierungszielobj ektkühlungsmodus den Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) aufweist, in dem sie die Ventilvorrichtung schließt und die Drehzahl des Kompressors auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts steuert, kann für den Fall, dass keine Klimatisierung der Fahrgastzelle erforderlich ist, ausschließlich die Kühlung des Temperaturregulierungszielobjekts wirksam durchgeführt werden.
Wenn dabei wie in der Erfindung von Anspruch 7 die Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung bereitgestellt ist, die den Wärmeträger zwischen dem Temperaturregulierungszielobjekt und dem Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher zirkulieren lässt, steuert die Steuervorrichtung den Kompressor mit der Temperatur Tw des Wärmeträgers oder der Temperatur Tcell des Temperaturregulierungszielobjekts als Temperatur eines Objekts, das durch den Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher gekühlt wird.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Konfigurationsansicht einer Fahrzeugklimaanlage einer Ausführungsform, auf die die vorliegende Erfindung angewandt wurde;
2 ein Blockschaubild eines elektrischen Schaltkreises einer Steuervorrichtung der Fahrzeugklimaanlage aus 1;
3 eine erläuternde Ansicht von durch die Steuervorrichtung ausgeführten Betriebsmodi aus 2;
4 eine Konfigurationsansicht der Fahrzeugklimaanlage zur Erläuterung eines Heizmodus der Steuervorrichtung aus 2 mittels eines Wärmepumpen-Controllers;
5 eine Konfigurationsansicht der Fahrzeugklimaanlage zur Erläuterung eines Entfeuchtungsheizmodus eines Wärmepumpen-Controllers der Steuervorrichtung aus 2;
6 eine Konfigurationsansicht der Fahrzeugklimaanlage zur Erläuterung eines Entfeuchtungskühlmodus des Wärmepumpen-Controllers der Steuervorrichtung aus 2;
7 eine Konfigurationsansicht der Fahrzeugklimaanlage zur Erläuterung eines Kühlmodus (Alleinbetriebsmodus) des Wärmepumpen-Controllers der Steuervorrichtung aus 2;
8 eine Konfigurationsansicht der Fahrzeugklimaanlage zur Erläuterung eines Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung und eines Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung (beide Kooperationsbetriebsmodi) der Steuervorrichtung aus 2 mittels des Wärmepumpen-Controllers;
9 eine Konfigurationsansicht der Fahrzeugklimaanlage zur Erläuterung eines Batteriekühlungsmodus (allein) (Alleinbetriebsmodus) 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 Funktionsschaubild einer Kompressorsteuerung des Wärmepumpen-Controllers der Steuervorrichtung aus 2;
12 ein weiteres Funktionsschaubild der Kompressorsteuerung des Wärmepumpen-Controllers der Steuervorrichtung aus 2;
13 ein erläuterndes Blockschaubild der Steuerung eines elektromagnetischen Ventils 69 im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung des Wärmepumpen-Controllers der Steuervorrichtung aus 2;
14 noch ein weiteres Funktionsschaubild bezüglich der Kompressorsteuerung des Wärmepumpen-Controllers der Steuervorrichtung aus 2;
15 ein erläuterndes Blockschaubild der Steuerung eines elektromagnetischen Ventils 35 im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung des Wärmepumpen-Controllers der Steuervorrichtung aus 2;
16 ein erläuterndes Ablaufdiagramm der Ein/Aus-Steuerung des Kompressors im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und im Batteriekühlungsmodus (allein) durch den Wärmepumpen-Controller der Steuervorrichtung aus 2; und
17 ein erläuterndes Ablaufdiagramm der Ein/Aus-Steuerung des Kompressors (Steuerung mit einer Aufgabe bezüglich Kondensationsbildung) im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und im Batteriekühlungsmodus (allein).

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird auf Grundlage der beiliegenden Figuren eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. 1 zeigt eine Konfigurationsansicht 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 installierten 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 Temperaturregulierung der Batterie 55 durch Umschalten zwischen den Betriebsmodi Heizmodus, Entfeuchtungsheizmodus, Entfeuchtungskühlmodus, Kühlmodus, Enteisungsmodus, Modus für Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung, Modus für Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und Batteriekühlungsmodus (allein) durch.
Dabei sind der Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und der Batteriekühlungsmodus (allein) Ausführungsbeispiele des Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus in der vorliegenden Erfindung. Außerdem ist der Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung ein Ausführungsbeispiel für den Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung in der vorliegenden Erfindung und der Batteriekühlungsmodus (allein) ein Ausführungsbeispiel für den Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) in 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 als interner Wärmetauscher dienender Wärmeableiter 4, der in einem Luftkanal 3 einer Klimatisierungseinheit 10, in welchem Fahrgastzellenluft zirkuliert, bereitgestellt ist, und in den über einen Dämpfer 5 und eine Kältemittelleitung 13G aus dem Kompressor 2 abgegebenes heißes Hochdruckkältemittel strömt, um zu bewirken, 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 und bewirkt, dass das Kältemittel Wärme absorbiert (das Kältemittel Wärme aufnimmt), und einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Außenluft bewirkt, ein internes Expansionsventil 8, das durch ein mechanisches Expansionsventil ausgebildet ist, das eine Druckreduzierung und Ausdehnung des Kältemittels bewirkt, eine Wärmesenke 9, die im Luftkanal 3 bereitgestellt ist, beim Kühlen und Entfeuchten Kältemittel verdampfen lässt und bewirkt, dass das Kältemittel von innerhalb und außerhalb der Fahrgastzelle Wärme absorbiert (das Kältemittel Wärme aufnimmt), 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 Ventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung dienendes elektromagnetisches Ventil 35 (für die Fahrgastzelle: Wärmesenkenventilvorrichtung) mit der Kältemitteleinlassseite der Wärmesenke 9 verbunden. Der Trockenflaschenabschnitt 14 und der Unterkühlungsabschnitt 16 sind dabei strukturell als ein Abschnitt des externen Wärmetauschers 7 ausgebildet. Die normale Richtung des Rückschlagventils 18 ist die Richtung des internen Expansionsventils 8.
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 (kältemittelstromaufwärts) 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 kältemittelstromabwärts 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 0 und 100 % 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) zirkulieren lässt und so die Temperatur der Batterie 55 reguliert. Die Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung 61 des Ausführungsbeispiels weist als Zirkulationsvorrichtung zum Zirkulierenlassen des Wärmeträgers zur Batterie 55 eine Zirkulationspumpe 62, als Temperaturregulierungszielobj ektwärmetauscher 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 Wärmeträgerheizeinrichtung 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 ausgetretene Wärmeträger erreicht die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 und wird, falls die 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 die Zirkulationspumpe 62 angesaugt. Auf diese Weise lässt man den Wärmeträger zwischen der Batterie 55, dem Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 und der Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 in der Wärmeträgerleitung 66 zirkulieren.
Kältemittelstromabwärts eines Verbindungsabschnitts zwischen der Kältemittelleitung 13F und der Kältemittelleitung 13B an einer Stelle der Kältemittelleitung 13B, die kältemittelstromaufwärts des internen Expansionsventils 8 liegt, 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 der Kältemittelleitung 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64.
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, die Kältemittelleitung 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 Blockschaubild 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: Battery management system) 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 ein Klimatisierungs-Controller 45 und ein 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 Fahrzeugaußentemperatur 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) erfassen, und ein Klimaregelungsabschnitt 53 verbunden, der Klimaanlageneinstellbedienvorgänge der Fahrgastzelle wie etwa Umschaltungen der Einstelltemperatur der Fahrgastzelle, eines Betriebsmodus und dergleichen und Informationsanzeigen durchführt. 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 (Temperatur der Wärmesenke 9 selbst oder Temperatur der Luft (Objekt, das durch die Wärmesenke 9 gekühlt wird) unmittelbar nach dem Kühlen durch die Wärmesenke 9, im Folgenden: 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 Kältemittelerwärmungsheizeinrichtung 63 ist jeweils ein Controller untergebracht, wobei die Controller des Kompressors 2, der Hilfsheizeinrichtung 23, der Zirkulationspumpe 62 und der Kältemittelerwärmungsheizeinrichtung 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 zudem 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: Temperatur des in der vorliegenden Erfindung durch den Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher gekühlten Objekts) 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 und die Batterietemperatur Tcell 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 dabei Informationen, die von dem externen Ladegerät wie etwa dem Schnellladegerät oder dergleichen zugeführt werden.
Der Wärmepumpen-Controller 32 und der Klimatisierungs-Controller 45 tauschen über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 Daten miteinander aus und steuern auf Grundlage der Ausgaben der verschiedenen Sensoren und der in den Klimaregelungsabschnitt 53 eingegebenen Einstellungen die verschiedenen Geräte, wobei die Ausgestaltung in diesem Ausführungsbeispiel derart ist, dass die Ausgaben des Außenlufttemperatursensors 33, des Außenluftfeuchtigkeitssensors 34, des Klimaanlagenansaugtemperatursensors 36, des Innenlufttemperatursensors 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 11 (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 Außenlufttemperatur 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 mit durchbrochenen 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.
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 untenstehende Beschreibung mit dem Wärmepumpen-Controller 32 als Steuerungssubjekt. 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 Wärmeabieiters 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 Kältemittelausgabetemperatur 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 Außenlufttemperatur oder dergleichen die Fahrgastzelle problemlos geheizt werden.
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 Druckreduziererung 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 und steuert den Kompressor 2. Außerdem steuert er auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te den Öffnungsgrad des externem 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 Außenlufttemperatur oder dergleichen die Fahrgastzelle problemlos entfeuchtend geheizt werden.
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 ausgetretene 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 mit durch das Fahren oder durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft gekühlt und kondensiert. Das aus dem externen Wärmetauscher 7 ausgetretene 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 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.
Kühlmodus
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 ausgetretene 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 mit durch das Fahren oder durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft gekühlt, kondensiert und verflüssigt.
Das aus dem externen Wärmetauscher 7 ausgetretene 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.
Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung
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 ausgetretene 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 mit durch das Fahren oder durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft gekühlt, kondensiert und verflüssigt.
Das aus dem externen Wärmetauscher 7 ausgetretene 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 Druckreduziererung 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 ausgetretene 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 die durchbrochenen 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 in der nachstehend beschriebenen 12 gezeigt 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.
Die Wärmeträgertemperatur Tw wird dabei als Temperatur des durch den Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 (Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher) im Ausführungsbeispiel gekühlten Objekts (Wärmeträger) verwendet, ist jedoch auch ein Index zum Anzeigen der Temperatur der Batterie 55, die das Temperaturregulierungszielobjekt ist (im Folgenden ebenso).
13 zeigt ein Blockschaubild der öffnenden und schließenden Steuerung des elektromagnetischen Ventils 69 im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung. In einen Steuerabschnitt 90 des elektromagnetischen Ventils für das Temperaturregulierungszielobjekt des Wärmepumpen-Controllers 32 werden eine durch den Wärmeträgertemperatursensor 76 erfasste Wärmeträgertemperatur Tw und als Sollwert der Wärmeträgertemperatur Tw eine festgelegte Wärmeträgersolltemperatur TWO eingegeben. Der Steuerabschnitt 90 des elektromagnetischen Ventils für das Temperaturregulierungszielobjekt stellt einen oberen Grenzwert TwUL und einen unteren Grenzwert TwLL oberhalb und unterhalb der Wärmeträgersolltemperatur TWO mit einer festgelegten Temperaturdifferenz ein und öffnet das elektromagnetische Ventil 69 aus dem geschlossenen Zustand des elektromagnetischen Ventils 69, wenn sich aufgrund der Wärmeerzeugung der Batterie 55 oder dergleichen die Wärmeträgertemperatur Tw erhöht und bis auf den oberen Grenzwert TwUL ansteigt (den oberen Grenzwert TwUL überschreitet oder den oberen Grenzwert TwUL erreicht, im Folgenden ebenso) (Öffnungsbefehl für das elektromagnetische Ventil 69). 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 TwLL sinkt (den unteren Grenzwert TwLL unterschreitet oder den unteren Grenzwert TwLL erreicht, im Folgenden ebenso), wird das elektromagnetische Ventil 69 geschlossen (Befehl zum Schließen des elektromagnetischen Ventils 69). 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. Auf diese Weise kann auch die Kühlung der Batterie 55 durch den Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 der Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung 61 mittels des Wärmeträgers durchgeführt werden, während die Klimatisierung (Kühlung) der Fahrgastzelle mit Priorität durchgeführt wird.
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. $TAO = (Tset - Tin) \times K + Tbal (f (Tset,SUN,Tam))$
Dabei ist Tset die mittels des Klimaregelungsabschnitts 53 eingestellte Einstelltemperatur der Fahrgastzelle, Tin die durch den Innenlufttemperatursensor 37 erfasste Temperatur der Fahrgastzelleninnenluft und Tbal ein Ausgleichswert, der aus der Einstelltemperatur Tset, der durch den Lichteinfallsensor 51 erfassten Lichteinfallmenge SUN und der durch den Außenlufttemperatursensor 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 Außenlufttemperatursensor 33 erfassten Außenlufttemperatur Tam und der Ausblassolltemperatur TAO eine Klimatisierungsbetriebsart der Klimatisierungsbetriebsarten gewählt. Wenn nach dem Start Veränderungen etwa der Betriebsbedingungen wie der Außenlufttemperatur Tam, der Ausblassolltemperatur TAO oder der Wärmeträgertemperatur Tw, oder der Umgebungsbedingungen oder der Einstellungsbedingungen auftreten, wird die entsprechende Klimatisierungsbetriebsart ausgewählt und darauf umgeschaltet. So wird beispielsweise der Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung auf Grundlage dessen ausgeführt, dass vom Batterie-Controller 73 eine Batteriekühlungsanforderung eingegeben wird. In diesem Fall gibt der Batterie-Controller 73 beispielsweise für den Fall, dass die Wärmeträgertemperatur Tw oder die Batterietemperatur Tcell auf einen festgelegten Wert angestiegen ist, die Batteriekühlungsanforderung aus und sendet sie an den Wärmepumpen-Controller 32 oder den Klimatisierungs-Controller 45.
Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung
(Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus: 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 in der nachstehend beschriebenen 14 gezeigt die Drehzahl des Kompressors 2. Außerdem wird im Ausführungsbeispiel auf Grundlage der durch den Wärmesenketemperatursensor 48 erfassten Temperatur der Wärmesenke 9 (Wärmesenketemperatur Te) das elektromagnetische Ventil 35 wie folgt öffnend und schließend gesteuert.
15 zeigt ein Blockschaubild der öffnenden und schließenden Steuerung des elektromagnetischen Ventils 35 im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung. In einen Steuerabschnitt 95 des elektromagnetischen Ventils für die Wärmesenke des Wärmepumpen-Controller 32 werden die durch den Wärmesenkentemperatursensor 48 erfasste Wärmesenkentemperatur Te und als Sollwert der Wärmesenkentemperatur Te die festgelegte Wärmesenkensolltemperatur TEO eingegeben. Der Steuerabschnitt 95 des elektromagnetischen Ventils für die Wärmesenke stellt einen oberen Grenzwert TeUL und einen unteren Grenzwert TeLL oberhalb und unterhalb der Wärmesenkensolltemperatur TEO mit einer festgelegten Temperaturdifferenz ein und öffnet das elektromagnetische Ventil 35 aus dem geschlossenen Zustand des elektromagnetischen Ventils 35, wenn sich die Wärmesenkentemperatur Te erhöht und bis auf den oberen Grenzwert TeUL ansteigt (den oberen Grenzwert TeUL überschreitet oder den oberen Grenzwert TeUL erreicht, im Folgenden ebenso) (Öffnungsbefehl für das elektromagnetische Ventil 35). 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 den unteren Grenzwert TeLL erreicht, im Folgenden ebenso), wird das elektromagnetische Ventil 35 geschlossen (Befehl zum Schließen des elektromagnetischen Ventils 35). 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. Auf diese Weise kann auch die Fahrgastzelle klimatisiert (gekühlt) werden, während die Kühlung der Batterie 55 durch den Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 der Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung 61 mittels des Wärmeträgers mit Priorität durchgeführt wird.
Batteriekühlungsmodus (allein) (Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus: 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 ausgetretene 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 mit durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft gekühlt, kondensiert und verflüssigt.
Das aus dem externen Wärmetauscher 7 ausgetretene 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 und der Wärmeträger gekühlt wird. Der aus dem Wärmeträgerströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 ausgetretene 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 mit durchbrochenen Pfeilen 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. Auf diese Weise kann für den Fall, dass keine Klimatisierung der Fahrgastzelle erforderlich ist, ausschließlich die Kühlung der Batterie 55 wirksam durchgeführt werden.
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 internen Wärmetauschertemperatursensor 49 erfassten Temperatur TXO des internen Wärmetauschers (Kältemittelverdampfungstemperatur im internen Wärmetauscher 7) und einer Kältemittelverdampfungstemperatur TXObase, wenn kein Eis am internen Wärmetauscher 7 anhaftet, und wenn die Temperatur TXO des internen Wärmetauschers unter die Kältemittelverdampfungstemperatur TXObase ohne Anhaftung von Eis sinkt, und ein Zustand, in dem sich die Differenz ΔTXO auf einen festgelegten Wert vergrößert, für eine festgelegte Zeit anhält, urteilt er, dass Eis am internen 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 eines Schnellladegeräts zum Aufladen angeschlossen und die Batterie 55 aufgeladen wird, führt der Wärmepumpen-Controller 32 wie im Folgenden beschrieben den Enteisungsmodus des internen 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 internen 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.
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.
Steuerung des Kompressors 2 durch den Wärmepumpen-Controller 32
Der Wärmepumpen-Controller 32 berechnet im Heizmodus auf Grundlage des Wärmeableiterdrucks Pci gemäß dem Funktionsschaubild 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 Funktionsschaubild aus 12 eine Solldrehzahl TGNCc des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl). Im Entfeuchtungsheizmodus wird der jeweils niedrigere Trend der Kompressorsolldrehzahl TGNCh und der Kompressorsolldrehzahl TGNCc gewählt. Im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und im Batteriekühlungsmodus (allein) wird auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw gemäß dem Funktionsschaubild aus 14 eine Solldrehzahl TGNCw des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl) berechnet.
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 Funktionsschaubild 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 Außenlufttemperatursensor 33 erlangten Außenlufttemperatur Tam, einer Gebläsespannung BLV des internen Gebläses 27, eines Blasluftmengenverhältnisses SW der Luftmischklappe 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 der 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. Die Überkühlungstemperatur SC wird durch die durch den Wärmeableitereinlasstemperatursensor 43 und den Wärmeableiterauslasstemperatursensor 44 erfasste Kältemitteleinlasstemperatur Tcxin und die 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 RK-Betätigungsgröße 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 eingespeist.
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 so, dass der Wärmeableiterdruck Pci den Wärmeableitersolldruck PCO erreicht.
Wenn der Niedriglastzustand des Wärmeableiters 4 eintritt und 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 auf einen festgelegten Zwangsstoppwert PSL, der höher als der obere Grenzwert PUL ist, angestiegen ist (den Zwangsstoppwert PSL überschritten hat oder den Zwangsstoppwert PSL erreicht hat, im Folgenden ebenso), für eine festgelegte Zeit th1 andauert (Erfüllung der festgelegten Niedriglastbedingung des Wärmeableiters 4), so hält der Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 84 den Kompressor 2 an und ruft den Ein/Aus-Steuermodus für die Ein/Aus-Steuerung des Kompressors 2 auf.
Wenn in diesem Ein/Aus-Steuerungsmodus 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 wiederholtes Betreiben (Einschalten) und Anhalten (Ausschalten) des Kompressors 2 an der unteren Drehzahlgrenze ECNpdLimLo. Wenn nach dem Sinken des Wärmeableiterdrucks Pci bis auf den unteren Schwellenwert PUL und Starten des Kompressors 2 ein Zustand, in dem der Wärmeableiterdruck Pci nicht über den unteren Schwellenwert PUL ansteigt, für eine festgelegte Zeit th2 andauert, wird der Ein/Aus-Steuerungsmodus des Kompressors 2 beendet und es erfolgt eine Rückkehr zum Normalmodus.
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 Funktionsschaubild des Wärmepumpen-Controllers 32, der auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te die Solldrehzahl des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl) TGNCc berechnet. Ein VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 86 des Wärmepumpen-Controllers 32 berechnet auf Grundlage der Außenlufttemperatur Tam, der im Luftströmungskanal 3 strömenden Blasluftmenge Ga (oder auch der Gebläsespannung BLV des internen Gebläses 27), des Wärmeableitersolldrucks PCO und der Wärmesenkensolltemperatur TEO, die der Sollwert der Wärmesenkentemperatur Te ist, eine VK-Betätigungsgröße TGNCcff der Kompressorsolldrehzahl.
Ein RK-Betätigungsgrößenerrechnungsabschnitt 87 berechnet auf Grundlage der Wärmesenkensolltemperatur TEO und der Wärmesenkentemperatur Te mittels PID-Berechnung bzw. PI-Berechnung eine Rückkopplungsbetätigungsgröße TGNCcfb der Kompressorsolldrehzahl. Die durch den VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 86 berechnete VK-Betätigungsgröße TGNCcff und die durch den RK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 87 berechnete Rückkopplungsbetätigungsgröße 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 TGNCc0, woraufhin über einen Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 91 eine Bestimmung als Kompressorsolldrehzahl TGNCc erfolgt. Ein durch die Berechnungseinrichtung 88 hinzuaddierter Wert TGNCc00 liegt somit innerhalb der oberen Drehzahlgrenze TGNCcLimHi und der unteren Drehzahlgrenze TGNCcLimLo, und solange nicht der nachstehend beschriebene Ein/Aus-Steuerungsmodus aufgerufen wird, ist dieser Wert TGNCc00 die Kompressorsolldrehzahl TGNCc (Drehzahl des Kompressors 2). Im Normalmodus steuert der Wärmepumpen-Controller 32 mittels der auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te berechneten Kompressorsolldrehzahl TGNCc den Betrieb des Kompressors 2 so, dass die Wärmesenkentemperatur Te die Wärmesenkensolltemperatur TEO erreicht.
Wenn sich der Niedriglastzustand der Wärmesenke 9 ergibt, und 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 auf einen festgelegten Zwangsstoppwert TeSL, der niedriger als der untere Grenzwert TeLL ist, gesunken ist (den Zwangsstoppwert TeSL unterschritten hat oder den Zwangsstoppwert TeSL erreicht hat, im Folgenden ebenso), für eine festgelegte Zeit tc1 andauert (Erfüllung der festgelegten Niedriglastbedingung der Wärmesenke 9), hält der Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 91 den Kompressor 2 an (Kompressor aus) und tritt in den Ein/Aus-Steuermodus zur Ein/AusSteuerung des Kompressors 2 ein.
Wenn in diesem Ein/Aus-Modus des Kompressors 2 die Wärmesenkentemperatur Te bis zum oberen Grenzwert TeUL ansteigt (den oberen Grenzwert TeUL überschreitet oder den oberen Grenzwert TeUL erreicht, im Folgenden ebenso), wird der Kompressor 2 gestartet (Kompressor ein) und an 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 (Kompressor aus). Es erfolgt also ein wiederholtes Betreiben (Kompressor ein) und Anhalten (Kompressor aus) 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 (Kompressor ein) ein Zustand, in dem die Wärmesenkentemperatur Te nicht unter den oberen Grenzwert TeUL sinkt, für eine festgelegte Zeit tc2 andauert, wird der Ein/Aus-Steuerungsmodus des Kompressors 2 beendet und es erfolgt eine Rückkehr in den Normalmodus.
Berechnung der Kompressorsolldrehzahl TGNCw auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw
Als Nächstes wird anhand von 14 die Steuerung des Kompressors 2 auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw ausführlich beschrieben. 14 ist ein Funktionsschaubild des Wärmepumpen-Controllers 32, der im Modus für Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und im Batteriekühlungsmodus (allein) auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw die Solldrehzahl des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl) TGNCw berechnet.
In der Figur berechnet ein VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 92 des Wärmepumpen-Controllers 32 auf Grundlage der Außenlufttemperatur Tam, einer Wärmeträgerströmungsmenge Gw in der Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung 61 (berechnet anhand der Ausgangsleistung der Zirkulationspumpe 62), der Wärmeerzeugungsmenge der Batterie 55 (vom Batterie-Controller 73 gesendet), der Batterietemperatur Tcell (vom Batterie-Controller 73 gesendet) und der Wärmeträgersolltemperatur TWO, die der Sollwert der Wärmeträgertemperatur Tw ist, eine VK-Betätigungsgröße TGNCcwff der Kompressorsolldrehzahl.
Ein RK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 93 berechnet auf Grundlage der Wärmeträgersolltemperatur TWO und der Wärmeträgertemperatur Tw (vom Batterie-Controller 73 gesendet) mittels PID-Berechnung bzw PI-Berechnung eine RK-Betätigungsgröße TGNCwfb der Kompressorsolldrehzahl. Die durch den VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 92 berechnete VK-Betätigungsgröße TGNCwff und die durch den RK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 93 berechnete Rückkopplungsbetätigungsgröße TGNCwfb werden in einem Addierer 94 addiert und als TGNCw00 in einen Grenzwerteinstellungsabschnitt 96 eingegeben.
Am Grenzwerteinstellungsabschnitt 96 werden eine steuerungsbedingte untere Drehzahlgrenze TGNCwLimLo und obere Drehzahlgrenze TGNCwLimHi festgelegt, und es erfolgt eine Bestimmung als TGNCw0, woraufhin über einen Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 97 eine Bestimmung als Kompressorsolldrehzahl TGNCw erfolgt. Ein durch die Berechnungseinrichtung 94 hinzuaddierter Wert TGNCw00 liegt somit innerhalb der oberen Drehzahlgrenze TGNCwLimHi und der unteren Drehzahlgrenze TGNCwLimLo, und solange nicht der nachstehend beschriebene Ein/Aus-Steuerungsmodus aufgerufen wird, ist dieser Wert TGNCw00 die Kompressorsolldrehzahl TGNCw (Drehzahl des Kompressors 2). Im Normalmodus steuert der Wärmepumpen-Controller 32 mittels der auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw berechneten Kompressorsolldrehzahl TGNCw den Betrieb des Kompressors 2 so, dass die Wärmeträgertemperatur Tw die Wärmeträgersolltemperatur TWO erreicht.
Anhand von 16 wird nun die Betriebsweise des Kompressorausschaltsteuerungsabschnitts 97 aus 14 beschrieben. In der Figur bezeichnet NC die Drehzahl des Kompressors 2. Wenn wie oben beschrieben im Normalmodus bei der Drehzahlsteuerung des Kompressors 2 die Wärmeträgertemperatur Tw auf die Wärmeträgersolltemperatur TWO gesteuert wird, die Kühllast der Batterie 55 am Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 niedrig wird (der Niedriglastzustand eintritt), die Kompressorsolldrehzahl TGNCw die untere Drehzahlgrenze TGNCwLimLo erreicht, die Wärmeträgertemperatur Tw bei dem oberhalb und unterhalb der Wärmeträgersolltemperatur TWO eingestellten oberen Grenzwert TwUL und unteren Grenzwert TwLL niedriger als der untere Grenzwert TwLL wird und den festgelegten Zwangsstoppwert TwSL, der niedriger als der untere Grenzwert TwLL ist (Wert unter der Wärmeträgersolltemperatur TWO), unterschreitet, so urteilt der Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 97 zum Zeitpunkt des Unterschreitens des Zwangsstoppwerts TwSL, dass die festgelegte Niedriglastbedingung des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 erfüllt ist.
Der Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 97 hält den Kompressor 2 auf der Stelle an (Kompressor aus) und tritt dann in den Ein/Aus-Steuermodus zur Ein/Aus-Steuerung des Kompressors 2 ein. An dem Zeitpunkt, an dem die Wärmeträgertemperatur Tw den Steuerungsbereich der Wärmeträgertemperatur Tw aufgrund der Drehzahl des Kompressors 2 verlässt und den Zwangsstoppwert TwSL unterschreitet, hält der Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 97 des Wärmepumpen-Controllers 32 den Kompressor 2 auf der Stelle an. Dadurch wechselt die Wärmeträgertemperatur Tw wie in 16 gezeigt zu einem Ansteigen. Die Erfüllung der Niedriglastbedingung ist nicht auf den Fall beschränkt, dass die Wärmeträgertemperatur Tw den Zwangsstoppwert TwSL unterschreitet, und stattdessen kann die Wärmeträgertemperatur Tw auch den Zwangsstoppwert TwSL erreichen.
17 zeigt ein Beispiel des Aufrufens der Ein/Aus-Steuerung ebenso wie bei dem Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 84 aus 11 und dem Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 91 aus 12. In dem Beispiel aus 17 ist eine Steuerung zum Aufrufen des Ein/Aus-Steuermodus gezeigt, bei der, wenn die Kompressorsolldrehzahl TGNCw die untere Drehzahlgrenze TGNCwLimLo erreicht und der Zustand, dass die Wärmeträgertemperatur Tw den Zwangsstoppwert TwSL unterschreitet, für eine festgelegte Zeit tw1 andauert, geurteilt wird, dass die festgelegte Niedriglastbedingung des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 erfüllt ist, und der Kompressor 2 angehalten wird.
Wenn wie in 17 die Kompressorsolldrehzahl TGNCw die untere Drehzahlgrenze TGNCwLimLo erreicht und der Zustand, dass die Wärmeträgertemperatur Tw den Zwangsstoppwert TwSL unterschreitet, für die festgelegte Zeit tw1 angehalten hat und daher der Kompressor 2 angehalten wird, unterschreitet die Wärmeträgertemperatur Tw während des Verstreichens der Zeit tw1 bis zum Anhalten des Kompressors 2 den Zwangsstoppwert TwSL übergangsweise stark (in 17 mit X1 gezeigt). Wenn sich dieser Zustand ergibt, sinkt die Wärmeträgertemperatur Tw zu weit ab, weshalb sich an der dadurch gekühlten Batterie 55 Kondensation bildet.
Wenn dagegen wie in 16 die Kompressorsolldrehzahl TGNCw die untere Drehzahlgrenze TGNCwLimLo erreicht und die Wärmeträgertemperatur Tw den Zwangsstoppwert TwSL unterschreitet oder den Zwangsstoppwert TwSL erreicht und an diesem Zeitpunkt geurteilt wird, dass die Niedriglastbedingung des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 erfüllt ist, und der Kompressor 2 auf der Stelle angehalten (Kompressor aus) und der Ein/Aus-Steuermodus aufgerufen wird, so unterschreitet die Wärmeträgertemperatur Tw den Zwangsstoppwert TwSL nicht stark, sondern wechselt zu einem Anstieg, weshalb sich keine Kondensation an der Batterie 55 bildet.
Wenn anschließend im Ein/Aus-Steuermodus die Wärmeträgertemperatur Tw bis auf den oberen Grenzwert TwUL ansteigt (den oberen Grenzwert TwUL überschreitet oder den oberen Grenzwert TwUL erreicht, im Folgenden ebenso), so wird der Kompressor 2 gestartet (Kompressor ein) und mit der Kompressorsolldrehzahl TGNCw an der unteren Drehzahlgrenze TGNCwLimLo betrieben, und wenn die Wärmeträgertemperatur Tw in diesem Zustand bis auf den unteren Grenzwert TwLL sinkt (die Wärmeträgertemperatur Tw den unteren Grenzwert TwLL unterschreitet oder den unteren Grenzwert TwLL erreicht), wird der Kompressor 2 erneut angehalten. Das heißt, der Kompressor 2 wird an der unteren Drehzahlgrenze TGNCwLimLo zwischen dem oberen Grenzwert TwUL und dem unteren Grenzwert TwLL wiederholt betrieben (ein) und angehalten (aus).
Wenn im Ausführungsbeispiel die Wärmeträgertemperatur Tw bis auf den oberen Grenzwert TwUL ansteigt (die Wärmeträgertemperatur Tw den oberen Grenzwert TwUL überschreitet oder die Wärmeträgertemperatur Tw den oberen Grenzwert TwUL erreicht) und der Kompressor 2 gestartet wird und anschließend der Zustand, in dem die Wärmeträgertemperatur Tw den oberen Grenzwert TwUL überschreitet bzw. den oberen Grenzwert TwUL erreicht (die Wärmeträgertemperatur Tw nicht niedriger als der obere Grenzwert TwUL wird), für eine festgelegte Zeit tw2 andauert, so beendet der Wärmepumpen-Controller 32 den Ein/Aus-Steuermodus des Kompressors 2 und kehrt zum Normalmodus zurück.
Da wie oben beschrieben im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und im Batteriekühlungsmodus (allein) für den Fall, dass die Wärmeträgertemperatur Tw den festgelegten Zwangsstoppwert TwSL, der niedriger als der Wärmeträgersolltemperatur TWO ist, unterschreitet, oder den Zwangsstoppwert TwSL erreicht, der Kompressor 2 abgeschaltet wird, wird, wenn die Wärmeträgertemperatur Tw durch die Steuerung der Drehzahl des Kompressors 2 auf der Wärmeträgersolltemperatur TWO gehalten wird, die Kühllast der Batterie 55 reduziert, und der Kompressor 2 kann für den Fall, dass die Wärmeträgertemperatur Tw außerhalb des Steuerungsbereichs absinkt und den Zwangsstoppwert TwSL unterschreitet oder erreicht, auf der Stelle angehalten werden, wodurch das Problem, dass die Temperatur der Batterie 55 zu stark sinkt und sich Kondensation bildet, von vorneherein vermieden werden kann.
Außerdem weist der Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 97 des Wärmepumpen-Controllers 32 im Ausführungsbeispiel den oberhalb der Wärmeträgersolltemperatur TWO eingestellten oberen Grenzwert TwUL und den oberhalb des Zwangsstoppwerts TwSL und unterhalb der Wärmeträgersolltemperatur TWO eingestellten unteren Grenzwert TwLL auf, und da er nach dem Anhalten des Kompressors 2, da die Wärmeträgertemperatur Tw den Zwangsstoppwert TwSL unterschritten oder den Zwangsstoppwert TwSL erreicht hat, den Ein/Aus-Steuermodus ausführt, in dem das Betreiben/Anhalten des Kompressors 2 zwischen dem oberen Grenzwert TwUL und dem unteren Grenzwert TwLL wiederholt wird, kann die Batterie 55 unter Vermeidung von Kondensationsbildung an der Batterie 55 angemessen gekühlt werden.
Insbesondere da der Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 97 im Ausführungsbeispiel beim Betrieb des Kompressors 2 in dem Ein/Aus-Steuermodus diesen bei der steuerungsbedingten Mindestdrehzahl TGNCwLimLo betreibt, kann die Batterie 55 unter Vermeidung eines häufigen Startens/Anhaltens des Kompressors 2 ungehindert gekühlt werden.
Da der Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 97 ferner wie im Ausführungsbeispiel für den Fall, dass die Wärmeträgertemperatur Tw den oberen Grenzwert TwUL überschreitet oder den oberen Grenzwert TwUL erreicht und dieser Zustand für die festgelegte Zeit tw2 andauert, den Ein/Aus-Steuermodus beendet und in den Normalmodus zurückkehrt, in dem die Drehzahl des Kompressors 2 auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw und der Wärmeträgersolltemperatur TWO gesteuert wird, ist als Reaktion auf einen Anstieg der Kühllast der Batterie 55 eine ungehinderte Rückkehr zur normalen Drehzahlsteuerung aus dem Ein/Aus-Steuermodus des Kompressors 2 möglich.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Wärmeträgertemperatur Tw als die Temperatur des durch den Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 (Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher) gekühlten Objekts (Wärmeträger) verwendet, doch kann auch die Batterietemperatur Tcell als die Temperatur des durch den Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 (Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher) gekühlten Objekts verwendet werden, und die Temperatur des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 (Temperatur des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 selbst, Temperatur des aus dem Kältemittelströmungsweg 64B ausgetretenen Kältemittels usw.) kann als die Temperatur des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 (Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher) verwendet werden.
Im Ausführungsbeispiel zirkuliert der Wärmeträger, um die Temperatur der Batterie 55 zu regulieren, doch liegt in dieser Hinsicht mit Ausnahme der Erfindung von Anspruch 7 keine Einschränkung vor, und es kann auch ein Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher für einen direkten Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Batterie 55 (Temperaturregulierungszielobjekt) bereitgestellt werden. In diesem Fall ist die Batterietemperatur Tcell die Temperatur des durch den Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher gekühlten Objekts.
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 Entfeuchtungsheizbetrieb und die Kühlung der Batterie 55 gleichzeitig durchgeführt werden. In diesem Fall wird im Entfeuchtungsheizmodus das elektromagnetische Ventil 69 geöffnet, und über die Kältemittelleitung 13F lässt man einen Teil des zur Wärmesenke 9 strömenden Kältemittels in die Verzweigungsleitung 67 und zum Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 strömen.
Im Ausführungsbeispiel ist als die Ventilvorrichtung das elektromagnetische Ventil 35 bereitgestellt, doch wenn das interne Expansionsventil 8 durch ein vollständig verschließbares elektrisch angetriebenes Ventil ausgebildet ist, ist das elektromagnetische Ventil 35 nicht erforderlich, und das interne Expansionsventil 8 ist die Ventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Auch liegt keine Beschränkung auf den Aufbau des Kältemittelkreislaufs R und die Zahlenwerte des obenstehenden Ausführungsbeispiels vor, und es liegt auf der Hand, dass diese veränderbar sind, solange nicht vom Wesen der Erfindung abgewichen wird. Insbesondere wurde die vorliegende Erfindung im Ausführungsbeispiel anhand der Fahrzeugklimaanlage 1 beschrieben, die die Betriebsmodi Heizmodus, Entfeuchtungsheizmodus, Entfeuchtungskühlmodus, Entfeuchtungskühlmodus, Kühlmodus, Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung, Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung, Batteriekühlungsmodus (allein) usw. aufweist, doch liegt keine Beschränkung hierauf vor, und die vorliegende Erfindung ist auch für eine Fahrzeugklimaanlage gültig, die beispielsweise nur einen des Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung und des Batteriekühlungsmodus (allein) oder nur beide ausführen kann.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugklimaanlage
2: Kompressor
3: Luftströmungskanal
4: Wärmeableiter
6: externes Expansionsventil
7: externer Wärmetauscher
8: internes Expansionsventil
9: Wärmesenke
11: Steuervorrichtung
32: Wärmepumpen-Controller (Aufbauelement der Steuervorrichtung)
35: elektromagnetisches Ventil (Ventilvorrichtung)
45: Klimatisierungs-Controller (Aufbauelement der Steuervorrichtung)
48: Wärmesenkentemperatursensor
55: Batterie (Temperaturregulierungszielobjekt)
61: Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung
64: Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher (Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher)
68: Hilfsexpansionsventil
69: elektromagnetisches Ventil
76: Wärmeträgertemperatursensor
77: Batterietemperatursensor
R: Kältemittelkreislauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014213765 [0003]

Claims

Fahrzeugklimaanlage, die wenigstens einen Kompressor zum Verdichten von Kältemittel, einen internen Wärmetauscher zum Bewirken eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kältemittel und Luft, die einer Fahrgastzelle zugeführt wird, und eine Steuervorrichtung umfasst und die Fahrgastzelle klimatisiert, gekennzeichnet durch einen Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher zum Kühlen eines Temperaturregulierungszielobjekts durch Bewirken, dass das Kältemittel Wärme aufnimmt, wobei die Steuervorrichtung einen Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus aufweist, in dem die Drehzahl des Kompressors auf Grundlage einer Solltemperatur der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts gesteuert wird, und in dem Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus für den Fall, dass die Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts einen festgelegten Zwangsstoppwert unterschreitet, der niedriger als die Solltemperatur ist, oder den Zwangsstoppwert erreicht, den Kompressor zu diesem Zeitpunkt anhält.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung einen festgelegten oberen Grenzwert, der oberhalb der Solltemperatur eingestellt ist, und einen festgelegten unteren Grenzwert aufweist, der oberhalb des Zwangsstoppwerts und unterhalb der Solltemperatur eingestellt ist, und nach dem Anhalten des Kompressors, da die Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts den Zwangsstoppwert unterschritten oder den Zwangsstoppwert erreicht hat, eine Ein/Aus-Steuerung ausführt, in der das Betreiben/Anhalten des Kompressors zwischen dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert wiederholt wird.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung den Kompressor beim Betreiben mittels der Ein/Aus-Steuerung mit einer steuerungsbedingten festgelegten Mindestdrehzahl betreibt.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung für den Fall, dass die Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts den oberen Grenzwert überschreitet oder den oberen Grenzwert erreicht und dieser Zustand für eine festgelegte Zeit andauert, die Ein/Aus-Steuerung beendet und wieder in den Zustand der Steuerung der Drehzahl des Kompressors auf Grundlage der Solltemperatur der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts zurückkehrt.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Ventilvorrichtung, die Kältemittel zum internen Wärmetauscher strömen lässt, wobei die Steuervorrichtung als Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus einen Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung aufweist, in dem sie die Ventilvorrichtung öffnet und die Drehzahl des Kompressors auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts steuert und die Ventilvorrichtung auf Grundlage der Temperatur des internen Wärmetauschers öffnend und schließend steuert.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung als weiteren Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus einen Temperaturregulierungszielobjektkühlungsmodus (allein) aufweist, in dem sie die Ventilvorrichtung schließt und die Drehzahl des Kompressors auf Grundlage der Temperatur des Temperaturregulierungszielobjektwärmetauschers oder eines durch diesen gekühlten Objekts steuert.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Gerätetemperaturregulierungsvorrichtung, die einen Wärmeträger zwischen dem Temperaturregulierungszielobjekt und dem Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher zirkulieren lässt, wobei die Steuervorrichtung den Kompressor mit einer Temperatur Tw des Wärmeträgers oder einer Temperatur Tcell des Temperaturregulierungszielobjekts als Temperatur eines Objekts, das durch den Temperaturregulierungszielobjektwärmetauscher gekühlt wird, steuert.