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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Erkennung einer Vereisung eines Kondensators eines Kondensatorkühlmoduls eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein solches System.
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In heutigen Temperaturmanagementsystemen von Kraftfahrzeugen werden häufig Kombinationen aus Luft-Wärmepumpen und Kondensatorkühlmodulen auf Basis eines Kältemittels zum Heizen und Kühlen eines Fahrzeugraums eingesetzt. Die Kondensatorkühlmodule weisen hierbei in der Regel Kühlluftklappen, einen Kühlmittelkühler, einen Kühlerlüfter sowie einen Kondensator auf. Das Kondensatorkühlmodul kann dabei insbesondere dazu dienen, die Effizienz der Wärmepumpe zu verbessern, indem es die Temperatur des Kondensators senkt und so eine bessere Wärmeübertragung ermöglicht.
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Nachteiligerweise kann die Oberflächentemperatur der Kondensatoroberfläche durch die Verdampfung des Kältemittels im Kondensator in häufigen Betriebspunkten lokal unterhalb des Gefrierpunkts sinken, sodass aus der Luft auskondensiertes Wasser auf der Oberfläche des Kondensators gefrieren kann. Diese „Verblockung“ der Kondensatoren auf der Luftseite führt zu einer signifikanten Reduktion der entnehmbaren Wärmemenge und des Wirkungsgrads eines Kondensatorkühlmoduls sowie der Heizleistung der Luft-Wärmepumpe zum Heizen des Fahrzeugraums. Um eine solche Vereisung eines Kondensators effektiv beheben zu können, muss die Vereisung zunächst einmal schnell und zuverlässig erkannt werden.
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Verfahren zur Erkennung einer Vereisung eines Kondensators sind aus dem Stand der Technik wie beispielsweise aus der Druckschrift US 2019 / 0 137 199 A1 bekannt. In den bekannten Verfahren wird eine Vereisung hierbei in der Regel auf Basis einer Drucksensorik im Kühlkreislauf detektiert. Nachteiligerweise ist diese Art der Detektion häufig störungsanfällig und nicht empfindlich genug, sodass eine Erkennung einer Vereisung nicht immer zuverlässig genug erfolgt. Zudem ist diese Art der Detektion teuer und aufwändig hinsichtlich ihrer Installation und Wartung.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System zur empfindlichen und zuverlässigen Erkennung einer Vereisung eines Kondensators eines Kondensatorkühlmoduls eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung zu stellen, die auf einfache und kostengünstige Weise implementierbar und betreibbar sind.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug sowie dem erfindungsgemäßen System und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Erkennung einer Vereisung eines Kondensators eines Kondensatorkühlmoduls eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Hierbei weist das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte eines Erfassens von Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustands des Kondensators mittels einer Sensoreinheit, eines Bestimmens des Vereisungszustandes des Kondensators mittels einer Verarbeitungseinheit auf Basis der erfassten Daten sowie eines Durchführens einer Enteisungsroutine zur Enteisung des Kondensators auf Basis des bestimmten Vereisungszustandes des Kondensators auf, wobei das Bestimmen des Vereisungszustandes des Kondensators über eine Ermittlung einer veränderten Aerodynamik des Kraftfahrzeugs erfolgt.
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Erfindungsgemäß ist also das Verfahren dafür ausgelegt, auf einfache, kostengünstige, effektive und zuverlässige Weise eine Vereisung eines Kondensators eines Kondensatorkühlmoduls eines Kraftfahrzeugs zu detektieren. Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere das Zusammenspiel und die Abfolge der einzelnen Schritte wird nachfolgend näher erläutert.
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Insbesondere durch das erfindungsgemäß vorgesehene Bestimmen des Vereisungszustandes des Kondensators über eine Ermittlung einer veränderten Aerodynamik ist es möglich, eine Vereisung eines Kondensators störungsunanfällig, empfindlich und auf einfache und kostengünstige Weise zu erkennen. Erfindungsgemäß ist hierbei erkannt worden, dass die zunehmende Verblockung von Kondensatoren eines Kondensatorkühlmoduls durch Eis zu einem erhöhten Druckverlust innerhalb eines Luftpfades eines Kraftfahrzeugs führt, was wiederum in einer veränderten Aerodynamik des Kraftfahrzeugs resultiert, sodass über eine Ermittlung einer veränderten Aerodynamik des Kraftfahrzeugs auf einfache, kostengünstige und zugleich zuverlässige Weise eine Vereisung eines Kondensators eines Kondensatorkühlmoduls erkannt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise in Thermomanagementsystemen von elektrisch betriebenen Fahrzeugen (Elektro- oder Hybridfahrzeugen) durchgeführt bzw. eingesetzt werden. Ein solches Thermomanagementsystem eines Kraftfahrzeugs kann hierbei vorzugsweise eine Kombination aus einer Luftwärmepumpe und eines Kondensatorkühlmoduls aufweisen und bspw. zumindest teilweise innerhalb eines Luftkanals eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Neben einem Einsatz in Personenkraftwagen ist das erfindungsgemäße Verfahren auch in Lastkraftwagen, Bussen, Bahnen oder dergleichen einsetzbar. Ebenso ist ferner ein Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in Flugobjekten, Schiffen, Kränen oder dergleichen vorstellbar. Unter einer Vereisung eines Kondensators kann erfindungsgemäß insbesondere das Ausbilden einer Eisschicht an oder auf der Oberfläche des Kondensators verstanden werden. Unter einer Enteisungsroutine kann im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Vorgang zur zumindest teilweisen Entfernung dieser Eisschicht verstanden werden. Unter einer veränderten Aerodynamik des Kraftfahrzeugs kann ferner vorzugsweise eine Veränderung der strömungsmechanischen Eigenschaften eines Fahrzeugs, insbesondere eine Veränderung hinsichtlich der Wechselwirkung eines Fahrzeugs mit der umgebenden Luft verstanden werden.
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Im Hinblick auf eine einfache, kostengünstige und zugleich zuverlässige Erkennung einer Vereisung eines Kondensators eines Kondensatorkühlmoduls eines Kraftfahrzeugs kann es ferner von Vorteil sein, wenn das Erfassen von Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustandes des Kondensators mittels Sensoren erfolgt, die außerhalb eines Kühlkreislaufs des Kondensators angeordnet sind.
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Im Hinblick auf eine besonders exakte und zuverlässige Erkennung einer Vereisung eines Kondensators eines Kondensatorkühlmoduls eines Kraftfahrzeugs ist es hierbei vorteilhafterweise denkbar, dass das Erfassen von Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustandes des Kondensators mittels Radlastsensoren und/oder mittels Luftfederdrucksensoren erfolgt, wobei eine Ermittlung einer veränderten Aerodynamik des Kraftfahrzeugs vorzugsweise über eine Detektion geänderter Momentanlasten an den Rädern des Kraftfahrzeugs erfolgt. Es versteht sich, dass das Erfassen von Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustandes des Kondensators alternativ oder kumulativ auch über Sensoren erkannt werden kann, die direkt oder indirekt eine Leistung des Kondensatorkühlmoduls oder von Komponenten des Kondensatorkühlmoduls ermitteln. So kann auch eine Detektion eines aktuellen Zustands von Kühlerluftklappen, Kühlerlüftern und dergleichen eine Aussage hinsichtlich eines aktuellen Vereisungszustands eines Kondensators zulassen bzw. zur Plausibilisierung einer ermittelten Vereisung eines Kondensators beitragen.
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Im Hinblick auf eine besonders exakte und zuverlässige Ermittlung eines aktuellen Vereisungszustandes des Kondensators kann es hierbei insbesondere Vorteile mit sich bringen, wenn das Erfassen von Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustandes des Kondensators zusätzlich eine Ermittlung einer aktuellen Temperatur und/oder einer aktuellen Luftfeuchtigkeit umfasst. Die aktuelle Luftfeuchtigkeit trägt neben der Temperatur wesentlich zum Vereisungspotential eines Kondensators bei. Hierbei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Ermittlung einer aktuellen Temperatur und/oder einer aktuellen Luftfeuchtigkeit mittels Sensoren erfolgt, die außerhalb eines Kühlkreislaufs des Kondensators angeordnet sind. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Sensoren zur Ermittlung einer aktuellen Temperatur und/oder einer aktuellen Luftfeuchtigkeit innerhalb des Kühlkreislaufs des Kondensators angeordnet sind, wobei die aktuelle Temperatur und/oder die aktuelle Luftfeuchtigkeit dann vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Kondensators ermittelt werden kann. Es versteht sich, dass neben der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit auch weitere Größen zusätzlich ermittelt werden können, die relevant für die Ermittlung eines aktuellen Vereisungszustandes des Kondensators sind, bspw. Größen wie eine aktuelle entnehmbare Wärmemenge oder eine Heizleistung einer gekoppelten Wärmepumpe, die indirekt Aufschluss über einen Vereisungszustand des Kondensators geben können.
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Im Hinblick auf eine einfache und gleichzeitig zuverlässige Bestimmung eines aktuellen Vereisungszustandes des Kondensators kann erfindungsgemäß vorteilhafterweise ferner vorgesehen sein, dass das Bestimmen des Vereisungszustandes des Kondensators auf Basis eines Vergleiches mit einem Sollwert, vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Sollwerten erfolgt, wobei insbesondere erst bei einer Abweichung von dem Sollwert oder den Sollwerten um einen definierbaren Schwellenwert das Durchführen einer Enteisungsroutine zur Enteisung des Kondensators eingeleitet wird. Durch das Vergleichen mit einem frei definierbaren Sollwert ist es insbesondere möglich, eine Bestimmung eines aktuellen Vereisungszustandes individuell im Hinblick auf einen spezifischen Kondensator bzw. ein spezifisches Kondensatorkühlmodul anzupassen. Im Hinblick auf die Verwendung geeigneter Sollwerte können vorteilhafterweise Werte verwendet werden, die in einem Zustand erfasst wurden, in dem keine Vereisung eines Kondensators vorlag (in einem unverblockten Zustand).
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Um eine Vereisung eines Kondensators eines Kondensatorkühlmoduls eines Kraftfahrzeugs zuverlässig zu verhindern, kann erfindungsgemäß vorteilhafterweise ferner vorgesehen sein, dass der definierbare Schwellenwert auf Basis eines aktuellen Fahrzustandes des Kraftfahrzeugs und/oder auf Basis von aktuellen Umgebungsbedingungen angepasst wird, wobei als relevante Umgebungsbedingungen vorzugsweise eine aktuelle Luftfeuchtigkeit und/oder eine aktuelle Lufttemperatur und/oder ein aktueller Luftdruck verwendet werden.
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So kann der Schwellenwert insbesondere minimiert werden, wenn anzunehmen ist, dass die Wahrscheinlichkeit, dass eine Vereisung eines Kondensators eintritt, zunimmt.
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Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn das Bestimmen des Vereisungszustandes des Kondensators das Durchführen einer Datenbearbeitung umfasst, wobei die Datenbearbeitung vorzugsweise ein Mitteln und/oder Gewichten umfasst. Eine Datenbearbeitung kann hierbei insbesondere die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der ermittelten Daten erhöhen. So kann bei einer Ermittlung einer aktuellen Radlast an einem Rad eines Kraftfahrzeugs und/oder bei einer Ermittlung weiterer Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustands des Kondensators bspw. eine Mittelung und/oder Gewichtung der einzelnen Daten erfolgen.
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Ebenso ist es gegenständlich im Hinblick auf ein zuverlässiges Verhindern eines Vereisens des Kondensators eines Kondensatorkühlmoduls eines Kraftfahrzeugs vorstellbar, dass das Verfahren zyklisch durchgeführt wird, wobei die zeitlichen Abstände zwischen zwei Zyklen vorzugsweise abhängig von den Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustandes des Kondensators variiert werden. Ein Verfahrenszyklus kann hierbei insbesondere die erfindungsgemäß vorgesehenen Schritte eines Erfassens von Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustands des Kondensators, eines Bestimmens des Vereisungszustandes des Kondensators auf Basis der erfassten Daten und eines Durchführens einer Enteisungsroutine zur Enteisung des Kondensators umfassen, wobei eine Enteisungsroutine vorteilhafterweise nur bei Bedarf durchgeführt wird. Durch die Abhängigkeit der Abstände zwischen zwei Zyklen von den Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustandes des Kondensators ist es vorteilhafterweise möglich, die Ausführung der Verfahrenszyklen im Hinblick auf eine Energieoptimierung und eine Vereisungsgefahr anzupassen. So kann die Dauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verfahrenszyklen bei einer niedrigen Temperatur um den Gefrierpunkt herum bspw. kurz sein, vorzugsweise 1 Minute betragen. Bei einer höheren Temperatur, bei der das Gefahrenpotential eines Vereisens des Kondensators gering ist, kann die Dauer zwischen zwei Verfahrenszyklen dagegen größer sein und bspw. 5 Minuten betragen. Die obligatorischen und optionalen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können zumindest teilweise automatisch, bspw. sensorgesteuert erfolgen. Ebenso ist es vorstellbar, dass einzelne, mehrere oder alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens über einen Computer implementierbar sind.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner ein System zur Erkennung einer Vereisung eines Kondensators eines Kondensatorkühlmoduls eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise zur Durchführung eines voranstehend beschriebenen Verfahrens. Hierbei weist das erfindungsgemäße System eine Sensoreinheit zur Erfassung von Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustandes des Kondensators und eine Verarbeitungseinheit zur Bestimmung des Vereisungszustandes des Kondensators auf Basis der erfassten Daten auf, wobei das System derart ausgebildet ist, dass das Bestimmen des Vereisungszustandes des Kondensators über eine Ermittlung einer veränderten Aerodynamik des Kraftfahrzeugs durchführbar ist. Damit bringt das erfindungsgemäße System die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert worden sind.
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Im Hinblick auf eine effektive und ökonomische Verhinderung einer Vereisung bzw. hinsichtlich einer Enteisung eines vereisten Kondensators sowie im Hinblick auf eine effektive und ökonomische Temperierung eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs kann vorteilhafterweise auch vorgesehen sein, dass ein Kondensatorkühlmodul mit einem Kondensator, einem Kühlmittelkühler, Kühlerluftklappen und einem Kühlerlüfter und vorzugsweise eine Luftwärmepumpe zum Heizen eines Fahrzeugraums eines Kraftfahrzeugs Teil des Systems sind.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein voranstehend beschriebenes System. Damit bringt das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße System beschrieben worden sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen schematisch:
- 1 die einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung einer Vereisung eines Kondensators eines Kondensatorkühlmoduls eines Kraftfahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 ein erfindungsgemäßes System zur Erkennung einer Vereisung eines Kondensators eines Kondensatorkühlmoduls eines Kraftfahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 ein Kraftfahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäßes System gemäß 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt die einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung einer Vereisung eines Kondensators 4 eines Kondensatorkühlmoduls 2 eines Kraftfahrzeugs 80 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Hierbei umfasst das Verfahren die Schritte eines Erfassens 100 von Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustands des Kondensators 4 mittels einer Sensoreinheit 20, eines Bestimmens 200 des Vereisungszustandes des Kondensators 4 mittels einer Verarbeitungseinheit 22 auf Basis der erfassten Daten sowie eines Durchführens 300 einer Enteisungsroutine zur Enteisung des Kondensators 4 auf Basis des bestimmten Vereisungszustandes des Kondensators 4, wobei das Bestimmen 200 des Vereisungszustandes des Kondensators 4 über eine Ermittlung einer veränderten Aerodynamik des Kraftfahrzeugs 80 erfolgt.
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Das Erfassen 100 von Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustandes des Kondensators 4 kann vorteilhafterweise mittels Sensoren erfolgen, die außerhalb eines Kühlkreislaufs 12 des Kondensators 4 angeordnet sind.
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So kann das Erfassen 100 von Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustandes des Kondensators 4 vorzugsweise mittels Radlastsensoren RL und/oder mittels Luftfederdrucksensoren erfolgen, wobei eine Ermittlung einer veränderten Aerodynamik des Kraftfahrzeugs 80 insbesondere über eine Detektion geänderter Momentanlasten an den Rädern des Kraftfahrzeugs 80 erfolgt.
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Zudem kann das Erfassen 100 von Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustandes des Kondensators 4 zusätzlich eine Ermittlung einer aktuellen Temperatur und/oder einer aktuellen Luftfeuchtigkeit umfassen.
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Das Bestimmen 200 des Vereisungszustandes des Kondensators 4 kann zudem auf Basis eines Vergleiches mit einem Sollwert, vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Sollwerten erfolgen, wobei insbesondere erst bei einer Abweichung von dem Sollwert oder den Sollwerten um einen definierbaren Schwellenwert das Durchführen 300 einer Enteisungsroutine zur Enteisung des Kondensators 4 eingeleitet wird.
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Der definierbare Schwellenwert kann dabei auf Basis eines aktuellen Fahrzustandes des Kraftfahrzeugs 80 und/oder auf Basis von aktuellen Umgebungsbedingungen (aktuelle Luftfeuchtigkeit, aktuelle Lufttemperatur, aktueller Luftdruck ...) angepasst werden.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes System 1 zur Erkennung einer Vereisung eines Kondensators 4 eines Kondensatorkühlmoduls 2 eines Kraftfahrzeugs 80 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Wie gemäß 2 zu erkennen ist, umfasst das erfindungsgemäßes System 1 eine Sensoreinheit 20 zur Erfassung 100 von Daten zur Bestimmung eines Vereisungszustandes des Kondensators 4, eine Verarbeitungseinheit 22 zur Bestimmung 200 des Vereisungszustandes des Kondensators 4 auf Basis der erfassten Daten sowie ein Kondensatorkühlmodul 2 mit dem innerhalb des Kühlkreises 12 angeordneten Kondensators 4 und Kühlmittelkühlers 6, sowie den Kühlerluftklappen 8 und einem Kühlerlüfter 10, wobei das System 1 derart ausgebildet ist, dass das Bestimmen 200 des Vereisungszustandes des Kondensators 4 über eine Ermittlung einer veränderten Aerodynamik des Kraftfahrzeugs 80 durchführbar ist. Das Kondensatorkühlmodul 2 ist vorliegend innerhalb eines Luftkanals 14 angeordnet, durch den ein Luftstrom L leitbar ist. Auf dem Kondensator 4 ist vorliegend eine Eisschicht E angeordnet.
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3 zeigt ein Kraftfahrzeug 80, umfassend ein erfindungsgemäßes System 1 zur Erkennung einer Vereisung eines Kondensators 4 eines Kondensatorkühlmoduls 2 des Kraftfahrzeugs 80 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, in dem die Sensoreinheit 20 des Systems 1 Radlastsensoren RL zur Ermittlung einer veränderten Aerodynamik des Kraftfahrzeugs 80 aufweist.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
