DE102023208004A1 - Method for controlling radiator blinds or shutters - Google Patents
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Abstract
Um ein Verfahren (40) zum Steuern von mindestens einer Luftsteuerungsfläche (20) eines Fahrzeugs (100) zu schaffen, bei dem das Fahrzeug (100) ein Wärmepumpensystem (10) mit mindestens einem ersten Wärmeübertrager (11, 12) und mit mindestens einem zweiten Wärmeübertrager (13) aufweist, wobei der mindestens eine erste Wärmeübertrager (11, 12) über einen Kältemittelkreis mit dem zweiten Wärmeübertrager (13) gekoppelt ist, wobei der mindestens eine erste Wärmeübertrager (11, 12) in einem Fahrzeugraum (110) positioniert ist und in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus des Wärmepumpensystems (10) dazu eingerichtet ist, einem in den Fahrzeugraum (110) hineingeleiteten Luftstrom (L) Wärme zu entziehen oder Wärme an den Luftstrom (L) abzugeben, wobei der in den Fahrzeugraum (110) hineingeleitete Luftstrom (L) durch die mindestens eine Luftsteuerungsfläche (20) gesteuert wird, durch welches ein Enteisungsvorgang eines Wärmeübertragers (11) zumindest verzögert werden kann, wird vorgeschlagen, basierend auf Messdaten von mindestens einem Sensor (32, 33) eine einsetzende Vereisung des mindestens einen ersten Wärmeübertragers (11) zu ermitteln und die mindestens eine Luftsteuerungsfläche (20) zum Kompensieren eines Druckverlusts am ersten Wärmeübertrager (11) durch die Vereisung zu steuern. In order to create a method (40) for controlling at least one air control surface (20) of a vehicle (100), in which the vehicle (100) has a heat pump system (10) with at least one first heat exchanger (11, 12) and with at least one second heat exchanger (13), wherein the at least one first heat exchanger (11, 12) is coupled to the second heat exchanger (13) via a coolant circuit, wherein the at least one first heat exchanger (11, 12) is positioned in a vehicle compartment (110) and, depending on an operating mode of the heat pump system (10), is designed to extract heat from an air flow (L) fed into the vehicle compartment (110) or to release heat to the air flow (L), wherein the air flow (L) fed into the vehicle compartment (110) is controlled by the at least one air control surface (20), by means of which a defrosting process of a Heat exchanger (11) can be at least delayed, it is proposed to determine an incipient icing of the at least one first heat exchanger (11) based on measurement data from at least one sensor (32, 33) and to control the at least one air control surface (20) to compensate for a pressure loss at the first heat exchanger (11) due to the icing.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von mindestens einer Luftsteuerungsfläche eines Fahrzeugs, welches ein Wärmepumpensystem mit mindestens einem ersten Wärmeübertrager und mit mindestens einem zweiten Wärmeübertrager aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Wärmepumpensystem und ein Fahrzeug.The invention relates to a method for controlling at least one air control surface of a vehicle, which has a heat pump system with at least one first heat exchanger and at least one second heat exchanger. The invention further relates to a heat pump system and a vehicle.
Zur Verbesserung der Aerodynamik und der damit üblicherweise einhergehenden Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bzw. Energieverbrauchs können bei Fahrzeugen Kühlerrollos oder Kühlerjalousien eingesetzt werden. Derartige Luftsteuerungsflächen verkleinern die Fläche des Kühlergrills, durch welchen der Motorraum erreicht werden kann. Eine Verringerung des Querschnitts des Kühlergrills senkt jedoch auch den in den Motorraum hineinströmenden Volumenstrom und damit auch die Kühlleistung. Bei niedrigen Umgebungslufttemperaturen kann der Umgebungswärmeübertrager der Wärmepumpe bereifen und vereisen. Bedingt durch die Vereisung des Umgebungswärmeübertragers kann ein geringerer Volumenstrom der Luft den Umgebungswärmeübertrager passieren, wodurch der luftseitige Druckverlust des Umgebungswärmeübertragers steigt. Derartige Prozesse senken die Effizienz einer Wärmepumpe oder eines Klimatisierungssystems, welche den Umgebungswärmeübertrager verwenden.To improve aerodynamics and the associated reduction in fuel consumption and energy consumption, radiator blinds or shutters can be used in vehicles. Such air control surfaces reduce the area of the radiator grille through which the engine compartment can be reached. However, reducing the cross-section of the radiator grille also reduces the volume flow flowing into the engine compartment and thus also the cooling performance. At low ambient air temperatures, the ambient heat exchanger of the heat pump can frost up and ice up. Due to the icing of the ambient heat exchanger, a lower volume flow of air can pass through the ambient heat exchanger, which increases the air-side pressure loss of the ambient heat exchanger. Such processes reduce the efficiency of a heat pump or an air conditioning system that uses the ambient heat exchanger.
Aus der
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Die
Aus der
Während des Abtauvorgangs eines Umgebungswärmeübertragers wird die Wärmepumpe oder die Klimaanlage üblicherweise in einer entgegengesetzten Flussrichtung des Kältemittels betrieben oder deaktiviert. Dieses Vorgehen kann in Beeinträchtigung des Komforts von Fahrgästen des Fahrzeugs resultieren.During the defrosting process of an ambient heat exchanger, the heat pump or the air conditioning system is usually operated in an opposite flow direction of the refrigerant or is deactivated. This procedure can result in impairment of the comfort of the vehicle's passengers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Wärmepumpensystem zu schaffen, durch welche ein Enteisungsvorgang eines Wärmeübertragers zumindest verzögert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The invention is based on the object of creating a method and a heat pump system by means of which a defrosting process of a heat exchanger can at least be delayed. This object is achieved by the features specified in claim 1. Further advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern von mindestens einer Luftsteuerungsfläche eines Fahrzeugs bereitgestellt. Das Fahrzeug weist ein Wärmepumpensystem mit mindestens einem ersten Wärmeübertrager und mit mindestens einem zweiten Wärmeübertrager auf.According to one aspect of the invention, a method for controlling at least one air control surface of a vehicle is provided. The vehicle has a heat pump system with at least one first heat exchanger and with at least one second heat exchanger.
Der mindestens eine erste Wärmeübertrager kann beispielsweise als ein Umgebungswärmeübertrager und der mindestens eine zweite Wärmeübertrager kann beispielsweise als ein Innenraumwärmeübertrager des Fahrzeugs ausgestaltet sein.The at least one first heat exchanger can be designed, for example, as an ambient heat exchanger and the at least one second heat exchanger can be designed, for example, as an interior heat exchanger of the vehicle.
Der mindestens eine erste Wärmeübertrager ist über einen Kältemittelkreis mit dem zweiten Wärmeübertrager gekoppelt. Hierzu können weitere Komponenten, wie beispielsweise Expansionsventile, Pumpen bzw. Kompressoren und dergleichen vorgesehen sein. Der mindestens eine erste Wärmeübertrager ist in einem Fahrzeugraum positioniert und ist in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus des Wärmepumpensystems dazu eingerichtet, einem in den Fahrzeugraum hineingeleiteten Luftstrom Wärme zu entziehen oder Wärme an den hineingeleiteten Luftstrom abzugeben.The at least one first heat exchanger is coupled to the second heat exchanger via a coolant circuit. Additional components such as expansion valves, pumps or compressors and the like can be provided for this purpose. The at least one first heat exchanger is positioned in a vehicle compartment and is designed, depending on an operating mode of the heat pump system, to extract heat from an air flow directed into the vehicle compartment or to release heat to the air flow directed into it.
Der in den Fahrzeugraum hineingeleitete Luftstrom wird durch die mindestens eine Luftsteuerungsfläche gesteuert. Dabei kann ein Volumenstrom und/oder eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder ein Einströmungswinkel des Luftstroms in den Fahrzeugraum durch die mindestens eine Luftsteuerungsfläche gesteuert und/oder geregelt werden. Je nach Ausgestaltung kann ein Steuern oder Regeln der Luftströmung ein vollständiges Freigeben bzw. Öffnen einer Einströmungsöffnung oder ein vollständiges Verschließen der Einströmungsöffnung bedeuten, sodass der in den Fahrzeugraum hineingeleitete Volumenstrom des Luftstroms maximiert oder minimiert werden kann. Entsprechend können beliebige Abstufungen hinsichtlich der Steuerung und/oder Regelung des Luftstroms zwischen den beiden genannten Extremen eingestellt werden.The air flow directed into the vehicle compartment is controlled by the at least one air control surface. A volume flow and/or a flow velocity and/or an inflow angle of the air flow into the vehicle compartment can be controlled by the at least one air control surface. Depending on the design, controlling or regulating the air flow can mean completely releasing or opening an inlet opening or completely closing the inlet opening, so that the volume flow of the air flow fed into the vehicle compartment can be maximized or minimized. Accordingly, any gradations in terms of controlling and/or regulating the air flow can be set between the two extremes mentioned.
Erfindungsgemäß wird basierend auf Messdaten von mindestens einem Sensor eine einsetzende Vereisung des mindestens einen ersten Wärmeübertragers ermittelt. Nach dem Feststellen der Vereisung des ersten Wärmeübertragers wird die mindestens eine Luftsteuerungsfläche zum Kompensieren eines Druckverlusts am Wärmeübertrager durch die Vereisung gesteuert. Diese Maßnahme kann durch ein Vergrößern des Volumenstroms und/oder durch ein Erhöhen einer Strömungsgeschwindigkeit oder durch ein Variieren eines Einströmungswinkels in den Fahrzeugraum, insbesondere auf den ersten Wärmeübertrager gerichtet, umgesetzt werden.According to the invention, the onset of icing of the at least one first heat exchanger is determined based on measurement data from at least one sensor. After the icing of the first heat exchanger has been determined, the at least one air control surface is controlled to compensate for a pressure loss at the heat exchanger due to the icing. This measure can be implemented by increasing the volume flow and/or by increasing a flow speed or by varying an inflow angle into the vehicle compartment, in particular directed towards the first heat exchanger.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein Verzögern von Enteisungsmaßnahmen, wodurch die Enteisungsmaßnahmen beispielsweise gezielt in passenden Situationen, wie beispielsweise bei einem Stillstand an einer Ampel, oder bei geringen Fahrtgeschwindigkeiten erfolgen können.The method according to the invention enables de-icing measures to be delayed, whereby the de-icing measures can be carried out, for example, in a targeted manner in suitable situations, such as when standing still at a traffic light or at low driving speeds.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wärmepumpensystem bereitgestellt, welches dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Das Wärmepumpensystem dient weiterhin zum Steuern eines Volumenstroms und/oder eines Einströmwinkels mindestens eines Luftstroms in mindestens einen Fahrzeugraum mittels Luftsteuerungsflächen. Der Fahrzeugraum kann beispielsweise als ein Motorraum ausgestaltet sein. Das Wärmepumpensystem ist zumindest teilweise im Fahrzeugraum angeordnet und weist mindestens einen ersten Wärmeübertrager und mindestens einen Innenraumwärmeübertrager auf, welche über einen Kältemittelkreis miteinander gekoppelt sind. Der erste Wärmeübertrager kann vorteilhafterweise mit einer Außenumgebung des Fahrzeugs thermisch in Verbindung stehen. Der zweite Wärmeübertrager kann beispielsweise als ein Innenraumwärmeübertrager ausgestaltet sein und beispielsweise in einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs positioniert sein.According to a further aspect of the invention, a heat pump system is provided which is designed to carry out a method according to the invention. The heat pump system also serves to control a volume flow and/or an inflow angle of at least one air flow into at least one vehicle compartment by means of air control surfaces. The vehicle compartment can be designed, for example, as an engine compartment. The heat pump system is at least partially arranged in the vehicle compartment and has at least one first heat exchanger and at least one interior heat exchanger, which are coupled to one another via a coolant circuit. The first heat exchanger can advantageously be thermally connected to an external environment of the vehicle. The second heat exchanger can, for example, be designed as an interior heat exchanger and, for example, be positioned in a passenger compartment of the vehicle.
Das Wärmepumpensystem kann besonders effizient im Fahrzeugbereich eingesetzt werden, wenn die Luftsteuerungsflächen als mindestens eine Kühlerjalousie und/oder als mindestens ein Kühlerrollo ausgestaltet sind, um den Volumenstrom und/oder einen Einströmwinkel des Volumenstroms in den Fahrzeugraum einzustellen.The heat pump system can be used particularly efficiently in the vehicle sector if the air control surfaces are designed as at least one radiator shutter and/or as at least one radiator roller blind in order to adjust the volume flow and/or an inflow angle of the volume flow into the vehicle compartment.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, welches ein erfindungsgemäßes Wärmepumpensystem aufweist. Insbesondere kann der mindestens eine erste Wärmeübertrager in einem beispielhaft als Motorraum ausgestalteten Fahrzeugraum positioniert sein. Ein Zugang des Luftstroms bzw. der Luftströmung zum Motorraum kann über mindestens eine Öffnung, beispielsweise in Form eines Kühlergrills oder im Bereich des Kühlergrills, vorgesehen sein. Dieser Zugang ist durch die mindestens eine Luftsteuerungsfläche einstellbar. Dabei können der Einströmwinkel durch den Zugang hindurch und/oder der Einströmungswinkel nach dem Passieren des Zugangs und/oder ein Volumenstrom der Luftströmung mittels der mindestens einen Luftsteuerungsfläche eingestellt werden.According to a further aspect of the invention, a vehicle is provided which has a heat pump system according to the invention. In particular, the at least one first heat exchanger can be positioned in a vehicle compartment designed as an engine compartment, for example. Access for the air flow or air stream to the engine compartment can be provided via at least one opening, for example in the form of a radiator grille or in the area of the radiator grille. This access can be adjusted by the at least one air control surface. The inflow angle through the access and/or the inflow angle after passing through the access and/or a volume flow of the air stream can be adjusted by means of the at least one air control surface.
Ein Zugang des Luftstroms bzw. der Luftströmung zum Fahrzeugraum kann über mindestens eine Einströmungsöffnung, beispielsweise in Form eines Kühlergrills oder in Form einer Öffnung im Bereich des Kühlergrills, vorgesehen sein. Dieser Zugang ist durch die mindestens eine Luftsteuerungsfläche einstellbar. Dabei können der Einströmungswinkel durch den Zugang hindurch und/oder der Einströmungswinkel nach dem Passieren des Zugangs und/oder ein Volumenstrom der Luftströmung mittels der mindestens einen Luftsteuerungsfläche eingestellt werden.Access for the air flow or air stream to the vehicle compartment can be provided via at least one inflow opening, for example in the form of a radiator grille or in the form of an opening in the area of the radiator grille. This access can be adjusted by the at least one air control surface. The inflow angle through the access and/or the inflow angle after passing through the access and/or a volume flow of the air stream can be adjusted by means of the at least one air control surface.
Durch das erfindungsgemäße Wärmepumpensystem kann beispielsweise eine Positionierung von Kühlerrollos oder Kühlerjalousien in Abhängigkeit der Kältemittelmassenströme, auch in einem Kombimodus des Wärmepumpensystems, erfolgen. Im Kombimodus des Wärmepumpensystems können sowohl die Umgebungsluft als Wärmequelle oder Wärmesenke durch einen ersten Wärmeübertrager als auch andere Komponenten im Fahrzeugraum als Wärmequelle oder Wärmesenke für mindestens einen weiteren ersten Wärmeübertrager genutzt werden. Die ersten Wärmeübertrager können parallel oder seriell durch den Kältemittelkreis miteinander gekoppelt sein. Somit können auch mehrere Umgebungswärmeübertrager eingesetzt werden.The heat pump system according to the invention can be used, for example, to position radiator blinds or shutters depending on the refrigerant mass flow, even in a combination mode of the heat pump system. In the combination mode of the heat pump system, both the ambient air can be used as a heat source or heat sink by a first heat exchanger and other components in the vehicle compartment can be used as a heat source or heat sink for at least one further first heat exchanger. The first heat exchangers can be coupled to one another in parallel or in series through the refrigerant circuit. This means that several ambient heat exchangers can also be used.
Die mindestens eine Luftsteuerungsfläche kann besonders effizient gesteuert und/oder geregelt werden, wenn die Messdaten von dem mindestens einen Sensor durch eine Steuereinheit empfangen und ausgewertet werden.The at least one air control surface can be controlled and/or regulated particularly efficiently if the measurement data from the at least one sensor are received and evaluated by a control unit.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist durch die einsetzende Vereisung des ersten Wärmeübertragers der in den Fahrzeugraum an der mindestens einen Luftsteuerungsfläche vorbei geleitete Luftstrom einen erhöhten Widerstand beim Passieren des ersten Wärmeübertragers auf. Dabei setzt Eis oder Reif Lamellen des ersten Wärmeübertragers zu und reduziert somit den regulären Strömungsquerschnitt des Luftstroms. Vorteilhafterweise wird die mindestens eine Luftsteuerungsfläche bei einer einsetzenden Vereisung des ersten Wärmeübertragers geöffnet oder derart angesteuert, dass ein Luftstrom mit einem größeren Volumenstrom und/oder mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit zum ersten Wärmeübertrager geleitet wird. Durch den luftseitigen Widerstand von Luftsteuerungsflächen, beispielsweise in Form von Kühlerrollos, in Kombination mit dem luftseitigen Widerstand der Reifschicht an dem Wärmeübertrager kann die Systemeffizienz der Wärmepumpe signifikant abnehmen. Die oben genannte Maßnahme kann den luftseitigen Widerstand von Luftsteuerungsflächen minimieren, um die Systemeffizienz der Wärmepumpe zu steigern und auch Enteisungsmaßnahmen zu verzögern bzw. über einen Zeitraum hinauszuzögern.According to a further embodiment, due to the onset of icing of the first heat exchanger, the cooling water in the vehicle compartment at the at least one air control surface encounters increased resistance when passing through the first heat exchanger. Ice or frost clogs the fins of the first heat exchanger and thus reduces the regular flow cross-section of the air flow. Advantageously, when the first heat exchanger begins to ice up, the at least one air control surface is opened or controlled in such a way that an air flow with a larger volume flow and/or with a higher flow velocity is directed to the first heat exchanger. The air-side resistance of air control surfaces, for example in the form of radiator blinds, in combination with the air-side resistance of the frost layer on the heat exchanger can significantly reduce the system efficiency of the heat pump. The above-mentioned measure can minimize the air-side resistance of air control surfaces in order to increase the system efficiency of the heat pump and also delay de-icing measures or postpone them for a period of time.
Eine einsetzende Vereisung des mindestens einen ersten Wärmeübertragers kann technisch besonders einfach erfolgen, wenn diese basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen einer Oberfläche des Wärmeübertragers und einer Umgebung ermittelt wird. Dabei können Kennlinien für die möglichen Temperaturen im Vorfeld erstellt und im Betrieb des Wärmepumpensystems durch die Steuereinheit ausgelesen werden. Beispielsweise kann bei einer Lufttemperatur von 0°C der erste Wärmeübertrager eine Temperatur von -5°C ohne Vereisung aufweisen. Mit zunehmendem Grad an Vereisung kann davon ausgegangen werden, dass die Temperatur des ersten Wärmeübertragers weiter sinken wird, weil das Wärmepumpensystem die sinkende Effizienz zu kompensieren versucht und einen Massenstrom des Kältemittels erhöht. Somit kann eine zunehmende Temperaturdifferenz als ein Indikator für eine Vereisung herangezogen werden. Dabei kann ein Schwellwert für die Temperaturdifferenz vorgesehen sein, ab welcher die Steuereinheit entsprechende Maßnahmen an der mindestens einen Luftsteuerungsfläche einleitet, um den Druckverlust zu kompensieren.The onset of icing of the at least one first heat exchanger can be particularly simple from a technical perspective if it is determined based on a temperature difference between a surface of the heat exchanger and an environment. Characteristic curves for the possible temperatures can be created in advance and read out by the control unit when the heat pump system is in operation. For example, at an air temperature of 0°C, the first heat exchanger can have a temperature of -5°C without icing. As the degree of icing increases, it can be assumed that the temperature of the first heat exchanger will continue to drop because the heat pump system tries to compensate for the decreasing efficiency and increases the mass flow of the coolant. An increasing temperature difference can therefore be used as an indicator of icing. A threshold value for the temperature difference can be provided, from which the control unit initiates corresponding measures on the at least one air control surface in order to compensate for the pressure loss.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird die einsetzende Vereisung des Wärmeübertragers basierend auf einer gemessenen oder modellbasierten Bestimmung einer Reifbeladung des ersten Wärmeübertragers ermittelt. Diese Maßnahme ermöglicht ein Berücksichtigen von unterschiedlichen Randbedingungen des ersten Wärmeübertragers, um eine Ausbildung und ein Ansteigen bzw. Zunehmen einer Vereisung zu ermitteln. Dabei können Randbedingungen, wie beispielsweise Luftfeuchtigkeit, Temperaturen, Fahrzeuggeschwindigkeit, Klimazone, Tageszeit, Jahreszeit und dergleichen bei der Bestimmung einer Reifbeladung des ersten Wärmeübertragers berücksichtigt werden.According to a further embodiment, the onset of icing of the heat exchanger is determined based on a measured or model-based determination of a frost load of the first heat exchanger. This measure makes it possible to take into account different boundary conditions of the first heat exchanger in order to determine the formation and increase or increase of icing. Boundary conditions such as air humidity, temperatures, vehicle speed, climate zone, time of day, season and the like can be taken into account when determining a frost load of the first heat exchanger.
Eine einsetzende Vereisung des ersten Wärmeübertragers wird technisch besonders einfach mit Hilfe einer gemessenen Taupunktunterschreitung am Wärmeübertrager ermittelt. Dabei kann im Heizbetrieb des Wärmepumpensystems eine Vereisung des ersten Wärmeübertragers detektiert werden, wenn der Kältemittel-Sättigungsdruck im Wärmeübertrager unterhalb 0 °C und der Taupunkt der Luft bzw. Umgebungsluft am ersten Wärmeübertrager unterschritten wird.The onset of icing in the first heat exchanger is technically particularly easy to determine by measuring the temperature below the dew point on the heat exchanger. Icing in the first heat exchanger can be detected during heating operation of the heat pump system if the refrigerant saturation pressure in the heat exchanger is below 0 °C and the dew point of the air or ambient air at the first heat exchanger is undershot.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die einsetzende Vereisung des ersten Wärmeübertragers in Abhängigkeit einer relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebung und/oder einer Lufttemperatur und/oder einer Klimazone ermittelt. Diese Maßnahme ermöglicht ein besonders präzises Bestimmen von Umgebungsbedingungen, die das Vereisen des ersten Wärmeübertragers einleiten.According to a further embodiment, the onset of icing of the first heat exchanger is determined as a function of a relative humidity of the environment and/or an air temperature and/or a climate zone. This measure enables a particularly precise determination of environmental conditions that initiate icing of the first heat exchanger.
Die einsetzende Vereisung des ersten Wärmeübertragers kann technisch besonders präzise bestimmt werden, wenn diese anhand eines gemessenen, insbesondere zunehmenden, Druckverlusts am mindestens einen ersten Wärmeübertrager ermittelt wird. Hierzu können Drucksensoren vorgesehen sein, die einen Druck des Luftstroms in Einströmungsrichtung des Luftstroms vor dem mindestens einen ersten Wärmeübertrager und nach dem mindestens einen ersten Wärmeübertrager messen. Die Steuereinheit kann die ermittelten Messdaten der Drucksensoren auswerten, um eine zunehmende Senkung des Drucks bzw. eine Zunahme eines Druckverlusts festzustellen. Diese Veränderung kann als Indikator für eine Vereisung des ersten Wärmeübertragers herangezogen werden.The onset of icing of the first heat exchanger can be determined particularly precisely from a technical perspective if it is determined based on a measured, in particular increasing, pressure loss at at least one first heat exchanger. For this purpose, pressure sensors can be provided which measure a pressure of the air flow in the inflow direction of the air flow before the at least one first heat exchanger and after the at least one first heat exchanger. The control unit can evaluate the measured data determined by the pressure sensors in order to determine an increasing reduction in pressure or an increase in pressure loss. This change can be used as an indicator of icing of the first heat exchanger.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmepumpensystems gemäß einer Ausführungsform, und -
2 ein schematisches Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 a schematic representation of a heat pump system according to the invention according to an embodiment, and -
2 a schematic flow diagram to illustrate a method according to the invention according to an embodiment.
In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.In the figures, the same structural elements have the same reference numerals.
Die
Der Fahrzeugraum 110 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Motorraum ausgestaltet. Weiterhin sind die Luftsteuerungsflächen 20 als eine Kühlerjalousie ausgestaltet, die einen Volumenstrom des Luftstroms L und auch den Einströmwinkel E des Luftstroms L beeinflussen können. Die Steuerung der Luftsteuerungsflächen 20 kann mittels eines Aktuators 31 erfolgen, welcher von einer Steuereinheit 30 angesteuert werden kann.In the exemplary embodiment shown, the
Das Fahrzeug 100 ist schematisch als ein Hybridfahrzeug ausgeführt und weist einen Verbrennungsmotor 120 und eine Traktionsbatterie 130 auf. Ein durch die Traktionsbatterie 130 mit elektrischer Energie speisbarer Elektromotor ist der Übersicht halber nicht dargestellt.The
Das Wärmepumpensystem 10 ist zumindest teilweise im Fahrzeugraum 110 angeordnet und weist einen ersten Wärmeübertrager 11, welcher in Form eines ersten Umgebungswärmeübertragers ausgeführt ist und einen weiteren ersten Wärmeübertrager 12, welcher als ein zweiter Umgebungswärmeübertrager ausgeführt ist, auf. Weiterhin ist ein zweiter Wärmeübertrager 13 in Form eines Innenraumwärmeübertragers vorgesehen.The
Der erste Umgebungswärmeübertrager 11 und der zweite Umgebungswärmeübertrager 12 können als Verdampfer fungieren und einem Umfeld Wärme entziehen, um einen Fahrzeuginnenraum 140 über den Innenraumwärmeübertrager 13 zu heizen. Dieser Betriebszustand entspricht einem Heizbetrieb des Wärmepumpensystems 10. Analog hierzu können der erste Umgebungswärmeübertrager 11 und der zweite Umgebungswärmeübertrager 12 als Verflüssiger fungieren und Wärme aus dem Fahrzeuginnenraum 140 über den Innenraumwärmeübertrager 13 hinausleiten und somit den Fahrzeuginnenraum 140 abkühlen. Dieser Betriebszustand entspricht einem Kühlbetrieb des Wärmepumpensystems 10.The first
Der erste Umgebungswärmeübertrager 11 und der zweite Umgebungswärmeübertrager 12 sind parallel zueinander geschaltet und über einen Kältemittelkreis auch mit dem Innenraumwärmeübertrager 13 gekoppelt. Hierzu weist der Kältemittelkreis einen Verdichter 14 auf, um das Kältemittel in eine erste Richtung oder in eine zweite Richtung fördern zu können. Somit kann das Wärmepumpensystem 10 in dem Heizbetrieb zum Erwärmen des Innenraumwärmeübertragers 13 oder in dem Kühlbetrieb zum Kühlen des Innenraumwärmeübertragers 13 betrieben werden.The first
Den Umgebungswärmeübertragern 11, 12 sind Expansionsventile vorgeschaltet, die bei Bedarf durch die Steuereinheit 30 angesteuert oder geregelt werden können.Expansion valves are connected upstream of the
Das Wärmepumpensystem 10 wird beispielhaft in einem sogenannten Kombimodus betrieben. Hierdurch sind der erste Umgebungswärmeübertrager 11 und der zweite Umgebungswärmeübertrager 12 parallel zueinander geschaltet, sodass eine zeitgleiche Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe erzielt werden kann. Der erste Umgebungswärmeübertrager 11 und der zweite Umgebungswärmeübertrager 12 sind zwar mittels des Kältemittelkreises parallel zueinander geschaltet, müssen jedoch nicht zwangsweise örtlich zueinander benachbart angeordnet sein. Vielmehr kann der erste Umgebungswärmeübertrager 11 den Luftsteuerungsflächen 20 benachbart und der zweite Umgebungswärmeübertrager 12 den Komponenten 120, 130 benachbart angeordnet sein.The
Der erste Umgebungswärmeübertrager 11 ist dazu eingerichtet, Wärme dem Luftstrom L zu entziehen oder an den Luftstrom L abzugeben. Der Luftstrom L kann insbesondere ein Fahrtwind sein. Der zweite Umgebungswärmeübertrager 12 ist dazu eingerichtet, direkt oder indirekt Wärme an mindestens eine Komponente 120, 130 abzugeben oder der mindestens einen Komponente 120, 130 zu entziehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Verbrennungsmotor 120 und die Traktionsbatterie 130 als mögliche Komponenten ausgestaltet. Dabei sind die Komponenten 120, 130 indirekt über einen Kühlmittelkreis bzw. eine Wasserkühlung 15 mit dem zweiten Umgebungswärmeübertrager 12 thermisch gekoppelt.The first
Die mindestens eine Luftsteuerungsfläche 20, welche beispielhaft als eine Kühlerjalousie ausgestaltet ist, kann beispielsweise in Abhängigkeit von einem Nutzwärmestrom des ersten Umgebungswärmeübertragers 11 und/oder des zweiten Umgebungswärmeübertragers 12 und/oder einer Sollleistung des Innenraumwärmeübertragers 13 angesteuert werden. Ein Zugang des Luftstroms L zum Motorraum 110 ist schematisch über eine Einströmungsöffnung 111, beispielsweise in Form eines Kühlergrills, umgesetzt.The at least one
Weiterhin weist das Wärmepumpensystem 10 Temperatursensoren 32 und/oder Drucksensoren 33 auf, die datenleitend mit der Steuereinheit 30 verbunden sind. Der Übersicht halber sind Sensoren, die den Kältemittelkreis, die Komponenten 120, 130 und den Innenraum 140 hinsichtlich ihrer Eigenschaften überwachen, nicht dargestellt.Furthermore, the
Schematisch sind zwei Temperatursensoren 32 abgebildet, die eine Umgebungstemperatur und eine Temperatur des ersten Umgebungswärmeübertragers 11 ermitteln können, um beispielsweise ein Vereisen des ersten Umgebungswärmeübertragers 11 basierend auf einer Auswertung der Messdaten der Temperatursensoren 32 durch die Steuereinheit 30 zu detektieren.Two
Weiterhin sind zwei Drucksensoren 33 vorgesehen, die Messdaten eines Drucks des Luftstroms L nach dem Passieren der Einströmungsöffnung 111 und einen Druck des Luftstroms nach dem Passieren des ersten Umgebungswärmeübertragers 11 ermitteln können. Die entsprechenden Messdaten der Drucksensoren 33 werden von der Steuereinheit 30 empfangen und ausgewertet, um einen Druckverlust am ersten Umgebungswärmeübertrager 11 zu ermitteln. Der Druckverlust kann bei einem Überschreiten eines Schwellwerts als Indikator für Reifbildung oder Eisbildung verwendet werden.Furthermore, two
In der
In einem Schritt 41 wird der in den Fahrzeugraum 110 hineingeleitete Luftstrom L durch die mindestens eine Luftsteuerungsfläche 20 gesteuert. Dabei können beispielsweise ein Volumenstrom und/oder eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder ein Einströmungswinkel E des Luftstroms L in den Fahrzeugraum 110 durch die mindestens eine Luftsteuerungsfläche 20 gesteuert und/oder geregelt werden.In a
In einem weiteren Schritt 42 werden Messdaten von mindestens einem Sensor 32, 33 durch die Steuereinheit 30 empfangen und ausgewertet. Mittels der Auswertung der Messdaten wird in einem weiteren Schritt 43 eine einsetzende Vereisung des mindestens einen ersten Wärmeübertragers 11 festgestellt. Durch die Vereisung des mindestens einen ersten Wärmeübertragers 11 steigt zunehmend der Druckverlust an diesem Wärmeübertrager 11, da die Eisschicht die nicht dargestellten Lamellen des ersten Wärmeübertragers 11 verschließt. Das Vereisen des ersten Wärmeübertragers 11 kann redundant mit Hilfe der Messdaten der Temperatursensoren 32 und/oder mit Hilfe der Messdaten der Drucksensoren 33 erfolgen.In a
In einem weiteren Schritt 44 wird zum Kompensieren eines Druckverlusts am ersten Wärmeübertrager 11 die mindestens eine Luftsteuerungsfläche 22 durch die Steuereinheit 30 angesteuert. Dabei wird insbesondere der mindestens eine Aktuator 31 durch die Steuereinheit 30 angesteuert, um den Querschnitt der Einströmungsöffnung 111 zu maximieren oder zumindest zu vergrößern.In a
Bezugszeichenlistelist of reference symbols
- 100100
- Fahrzeugvehicle
- 110110
- Fahrzeugraum / Motorraumvehicle compartment / engine compartment
- 111111
- Einströmungsöffnunginlet opening
- 120120
- Verbrennungsmotor / Komponentecombustion engine / component
- 130130
- Traktionsbatterie / Komponentetraction battery / component
- 140140
- Fahrzeuginnenraumvehicle interior
- 1010
- Wärmepumpensystemheat pump system
- 1111
- erster Umgebungswärmeübertrager / erster Wärmeübertragerfirst ambient heat exchanger / first heat exchanger
- 1212
- zweiter Umgebungswärmeübertrager / erster Wärmeübertragersecond ambient heat exchanger / first heat exchanger
- 1313
- Innenraumwärmeübertrager / zweiter Wärmeübertragerinterior heat exchanger / second heat exchanger
- 1414
- Verdichtercompressor
- 1515
- Wasserkühlung / Indirekte thermische KopplungWater cooling / Indirect thermal coupling
- 2020
- Luftsteuerungsflächenair control surfaces
- 3030
- Steuergerätcontrol unit
- 3131
- Aktuatoractuator
- 3232
- Temperatursensortemperature sensor
- 3333
- Drucksensorpressure sensor
- 4040
- VerfahrenProceedings
- 4141
- Einleiten eines Luftstroms in einen FahrzeugraumIntroducing an air flow into a vehicle compartment
- 4242
- Ermitteln und Auswerten von MessdatenDetermination and evaluation of measurement data
- 4343
- Feststellen einer VereisungDetecting icing
- 4444
- Ansteuern von LuftsteuerungsflächenControl of air control surfaces
- EE
- Einströmwinkel des Luftstroms / Fahrtwindsinflow angle of the air flow / airstream
- LL
- Luftstromairflow
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 2021/0276398 A1 [0005]US 2021/0276398 A1 [0005]
-
DE 10 2014 102 078 A1 [0006]
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