DE102010009279A1

DE102010009279A1 - Zusatzheizpumpensteuerung

Info

Publication number: DE102010009279A1
Application number: DE201010009279
Authority: DE
Inventors: Marcelo X. Clawson Ribadeneira; Lawrence P. Clarkston Ziehr
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2010-12-30
Also published as: US8807445B2; CN101837778B; US20100230505A1; CN101837778A

Abstract

Es ist ein Verfahren zur Zusatzheizpumpensteuerung in einem Fahrzeug offenbart, die einen Heizungswärmetauscher und eine Zusatzpumpe in einem Heizungswärmetauscherzweig eines Fahrzeugkühlmittelsystems umfasst. Das Verfahren umfasst die Schritte, dass: bestimmt wird, ob ein Motor läuft, wobei der Motor mit dem Kühlmittelsystem verbunden ist; eine geschätzte Heizleistung berechnet wird, die benötigt wird, um einen HVAC-System-Heizbedarf zu decken, und eine Funktion einer Luftmassenströmung, einer spezifischen Wärme und einer Änderung der Temperatur in einem Fahrgastraum ist; bestimmt wird, ob die berechnete geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, größer ist als eine minimale benötigte Heizleistung, welche in der Lage sein wird, einen Wärmekomfort in dem Fahrgastraum des Fahrzeuges aufrechtzuerhalten; und wenn die berechnete geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, größer ist als die minimale benötigte Heizleistung und der Motor nicht läuft, die Zusatzpumpe aktiviert wird, um ein Kühlmittel durch den Heizungswärmetauscher zu pumpen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Elektrofahrzeuge wie z. B. Brennstoffzellenfahrzeuge und Elektrohybridfahrzeuge und im Spezielleren Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs (HVAC)-Systeme und Verfahren zum Betreiben solcher Systeme in diesen Fahrzeugen.
Es werden moderne Kraftfahrzeuge eingeführt, welche Brennstoffzellen und Elektrohybridantriebe verwenden, wenn keine Brennkraftmaschine oder eine solche vorhanden ist, die nur diskontinuierlich während des Fahrzeugbetriebes arbeitet. In herkömmlichen Fahrzeugen arbeitet die Brennkraftmaschine kontinuierlich, sodass die Maschine nicht nur zum Antreiben des Fahrzeuges, sondern als eine Hilfsleistungsquelle, Wärmequelle etc. für andere Fahrzeugsysteme verwendet werden kann. In einigen der modernen Kraftfahrzeuge werden dann alternative Wege zur effizienten Bereitstellung der Hilfsfunktionen bei gleichzeitiger Minimierung der Kosten, der Komplexität, des Gewichts und des Unterbringungsraumes benötigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Zusatzheizpumpensteuerung in einem Fahrzeug, die einen Heizungswärmetauscher und eine Zusatzpumpe in einem Heizungswärmetauscherzweig eines Fahrzeugkühlmittelsystems umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: bestimmt wird, ob ein Motor läuft, wobei der Motor mit dem Kühlmittel system verbunden ist; eine geschätzte Heizleistung berechnet wird, die benötigt wird, um einen HVAC-System-Heizbedarf zu decken, und eine Funktion einer Luftmassenströmung, einer spezifischen Wärme und einer Änderung der Temperatur in einem Fahrgastraum ist; bestimmt wird, ob die berechnete geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, größer ist als eine minimale benötigte Heizleistung, welche in der Lage sein wird, einen Wärmekomfort in dem Fahrgastraum des Fahrzeuges aufrechtzuerhalten; und wenn die berechnete geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, größer ist als die minimale benötigte Heizleistung und der Motor nicht läuft, die Zusatzpumpe aktiviert wird, um ein Kühlmittel durch den Heizungswärmetauscher zu pumpen.
Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass die Kraftstoffökonomie des Fahrzeuges verbessert werden kann, indem die Energie, die für die HVAC-Heizung verwendet wird, optimiert wird. Überdies kann das HVAC-Gebläse verwendet werden, um das Zusatzpumpengeräusch während eines Betriebes bei abgestellter Maschine zu überdecken.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Veranschaulichung von Abschnitten eines Fahrzeuges.
2 ist ein Flussdiagram, das ein Verfahren zur Heizungspumpensteuerung veranschaulicht.
3 ist ein schematisches Diagramm, das einen Prozess zum Bestimmen der geschätzten Heizleistung, die benötigt wird, veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Fahrzeug gezeigt, das allgemein bei 10 bezeichnet ist. Das Fahrzeug 10 kann einen Maschinenraum 12 und einen Fahrgast/Laderaum 14 umfassen. Ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs (HVAC)-Modul 16 kann im Fahrgast/Laderaum 14 angeordnet sein und eine Heizung und Kühlung für denselben bereitstellen. Das HVAC-Modul 16 kann ein Gebläse 18 zum Bewirken einer Luftströmung durch das Modul 16, einen Heizungswärmetauscher 20, der verwendet wird, um die Luft, die durch das Modul 16 strömt, selektiv zu erwärmen, eine Temperaturmischklappe 22, die verstellbar ist, um die Luft verhältnismäßig durch oder um den Heizungswärmetauscher 20 herum zu leiten, und eine Frischluft/Umluftklappe 24 zum Verstellen des Verhältnisses von rezirkulierter und frischer Umgebungsluft, die in das HVAC-Modul 16 eintreten, umfassen. Das Gebläse 18, die Temperaturmischklappe 22 und die Frischluft/Umluftklappe 24 können durch einen Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs (HVAC)-Controller 26 gesteuert sein.
Der Heizungswärmetauscher 20 ist auch Teil eines Fahrzeugkühlmittelsystems 28, welches einen Kühlmittelkreis 30 aufweist. Das Kühlmittel in dem Kreis 30 kann eine herkömmliches flüssiges Gemisch wie z. B. ein Ethylenglykol/Wasser-Gemisch sein oder kann eine andere Art von Flüssigkeit mit geeigneten Wärmeübertragungseigenschaften sein. Die Volllinien mit Pfeilen zeigen Kühlmittelleitungen und die Richtung an, in denen das Kühlmittel durch die Leitungen unter verschiedenen Betriebsmodi strömen kann. Der Kühlmittelkreis 30 weist einen ersten Zweig 34 auf, der den Heizungswärmetauscher 20 umfasst. Der Kühlmittelkreis 30 wird nicht nur verwendet, um warmes Kühlmittel an den Heizungswärmetauscher 20 zu liefern, um den Fahrgastraum 14 zu erwärmen, sondern wird auch zum Erwärmen oder Kühlen eines Motors 32 wie z. B. einer Brennkraftmaschine oder eines Brennstoffzellenstapels verwendet. Dies schafft einen zweiten Zweig 36 des Kühlmittelkreises 30.
Der zweite Zweig 36 kann einem Kühlerkühlmittelauslass 38 aus dem Motor 32, der Kühlmittel zu dem Kühler 42 leitet, und einen Kühlerkühlmitteleinlass 40 zu dem Motor 32 umfassen, der das Kühlmittel von dem Kühler 42 aufnimmt. Ein Maschinenventilator 44 kann benachbart zu dem Kühler 42 verwendet werden, um die Luftströmung durch den Kühler 42 zu erhöhen, um die Wärmeabfuhr von dem Kühlmittel zu verbessern. Der zweite Zweig 36 kann auch eine Kühlerumgehung (nicht gezeigt) umfassen, die auf eine herkömmlichere Weise ausgebildet ist und einen Thermostat (nicht gezeigt) verwendet. Es kann auch eine Wasserpumpe (nicht gezeigt), welche das Kühlmittel durch den Motor 32 und den zweiten Zweig 36 pumpt, abhängig von der speziellen Art des verwendeten Motors maschinell angetrieben oder elektrisch angetrieben sein.
Der erste Zweig 34 des Kühlmittelkreises 30 kann einen Heizungskühlmittelauslass 46 aus dem Motor 32 und einen Heizungskühlmitteleinlass 48 zu dem Motor 32 umfassen. Eine elektrische Zusatzpumpe 50 weist einen Einlass 52, der ein Kühlmittel von dem Heizungskühlmittelauslass 46 aufnehmen kann, und einen Auslass 54 auf, der zu einem Einlass 56 zu einer elektrischen Kühlmittelzusatzheizung 58 eine Verbindung herstellt. Die elektrische Zusatzpumpe 50 kann aktiviert werden, um Kühlmittel selektiv durch den ersten Zweig 34 zu pumpen, und die elektrische Kühlmittelzusatzheizung 58 kann aktiviert werden, um das durch den ersten Zweig 34 strömende Kühlmittel selektiv zu erwärmen. Ein Auslass 60 der Kühlmittelheizung 58 stellt eine Verbindung mit einem Einlass 62 zu dem Heizungswärmetauscher 20 her. Ein Auslass 64 aus dem Heizungswärmetauscher stellt eine Verbindung mit einem Einlass 66 zu einem Dreiwege ventil 68 her. Ein erster Auslass 70 des Dreiwegeventils 68 stellt eine Verbindung mit dem Heizungskühlmitteleinlass 48 des Motors 32 her, während ein zweiter Auslass 72 des Dreiwegeventils eine Verbindung mit den Einlass 52 der elektrischen Zusatzpumpe 50 herstellt. Somit wird, wenn das Dreiwegeventil 68 in eine erste Position geschaltet ist, die Kühlmittelströmung des ersten Zweiges 34 den Motor 32 umfassen, und wenn das Dreiwegeventil 68 in eine zweite Position geschaltet ist, wird der Kühlmittelstrom des ersten Zweiges 34 den Motor 32 umgehen. Das Umgehen des Motors 32 kann wünschenswert sein, wenn das Kühlmittel in dem Motor 32 nicht aufgewärmt ist. In solch einem Betriebszustand wird das in dem ersten Zweig 34 strömende Kühlmittel, das durch die elektrische Kühlmittelzusatzheizung 58 erwärmt wird, in diesem Zweig zurückgehalten, um die an den Heizungswärmetauscher 20 bereitgestellte Wärme zu maximieren.
Der HVAC-Controller 16 kann den Betrieb der elektrischen Zusatzpumpe 50, der elektrischen Kühlmittelzusatzheizung 58 und des Dreiwegeventils 68 steuern.
2 veranschaulicht ein Betriebsverfahren, welches mit dem Fahrzeugkühlmittelsystem 28 von 1 oder mit anderen ähnlichen Arten von Fahrzeugkühlmittel- und HVAC-Systemen verwendet werden kann. Das Verfahren kann in verschiedenen Arten von Zusatzheizkreisen wie z. B. jenen angewendet werden, die mit verschiedenen Arten von Elektrohybrid- und Brennstoffzellenfahrzeugen eingesetzt werden. Das Verfahren wird verwendet, um zu bestimmen, wann es notwendig ist, die Zusatzpumpe zu betreiben und unter welchen Bedingungen sie ausgeschaltet bleiben kann, selbst wenn der Motor nicht in Betrieb ist.
Nach dem Start der elektrische Zusatzpumpensteuerung, Block 102, erfolgt eine Bestimmung, ob der Motor läuft (d. h. in Betrieb ist), Block 104. Wenn ja, dann wird die elektrische Zusatzpumpe auf Aus gestellt, Block 106, und ein Bit wird zurückgesetzt und der Speicher wird geleert, Block 108, bevor zu Block 104 zurückgekehrt wird.
Wenn der Motor nicht läuft, dann werden Daten für die Temperaturklappenposition (temp door), die Motorkühlmitteltemperatur (power plant coolant), die Kanaltemperaturaufrechterhaltung (DTM) und die Umgebungslufttemperatur (OAT), Block 110, initialisiert. Die geschätzte Heizleistung, die benötigt wird (P_req), wird dann berechnet, Block 111. Die Bestimmung von P_req wird in Bezug auf 3 erläutert. Sobald P_req bestimmt ist, wird sie mit einem minimalen Heizleistungsbedarf (P_min) verglichen, Block 112. P_min ist die minimale benötigte Heizleistung, die in der Lage sein wird, einen Wärmekomfort in dem Fahrgastraum 14 aufrechtzuerhalten. Wenn P_req nicht größer ist als P_min, dann kehrt der Prozess zum Start zurück, Block 102. Wenn P_req jedoch größer ist als P_min, dann wird eine Pumpenkalibrierung gestartet und es wird eine minimale Einschaltdauer initialisiert, Block 114. Die Zusatzpumpe 50 wird eingeschaltet, Block 116, und es wird ein Bit zurückgesetzt und der Speicher wird geleert, Block 108, bevor zu Block 104 zurückgekehrt wird. Alternativ schaltet der Prozess in Block 116 sowohl die Zusatzpumpe 50 als auch die Kühlmittelzusatzheizung 58 ein.
3 veranschaulicht ein Verfahren zum Bestimmen der geschätzten benötigten Heizleistung (P_req) zur Verwendung in Block 111 des Verfahrens von 2. Im Allgemeinen gilt P_req = (m_dot)(C_p)(ΔT), wobei m_dot die Luftmassenströmung ist, die eine Funktion der Gebläsedrehzahl ist, Cp die spezifische Wärme ist und ΔT eine Änderung der Temperatur in dem Fahrgastraum ist, welche eine Funktion der Maschinenkühlmitteltemperatur, der Kanaltemperaturaufrechterhaltung (DTM + k1), der Umgebungslufttemperatur (OAT_PT) und weiterer Faktoren ist.
Im Spezielleren wird P_req berechnet, indem das folgende in 3 veranschaulichte Verfahren verwendet wird. Eine Ziel-Verdampfertemperatur (eat_disp), Block 204, wird von einer Zieltemperatur (target_temp) subtrahiert, Block 202, wobei das Ergebnis, Block 206, in den Block 224 eingeht. Ein Wärmefaktor (heating_pwr_gain], Block 208, wird ebenfalls in den Block 224 eingegeben. Eine erwünschte Gebläseleistung (des_bwlr), Block 210, wird mit einer minimalen Gebläseleistung (heating_pwr_blwr_min) verglichen, Block 212, und das Maximum dieser Leistungseingangswerte für das Gebläse wird ausgewählt, Block 214, und an den Block 218 ausgegeben. Ein Gebläseumrechnungsfaktor (blwr_max_flow), Block 216, wird mit dem Ausgang von Block 214 multipliziert (Block 218), um eine Gebläseleistung in ein Luftströmungsvolumen umzuwandeln, und dann wird dieses Luftströmungsvolumen an den Block 222 ausgegeben. Dieser Eingang in den Block 222 wird dann durch einen Luftdichtewert (air_density) dividiert, Block 220, und in den Block 224 eingegeben. Die drei Eingänge in den Block 224 werden multipliziert und das Ergebnis wird an den Block 228 ausgegeben. Dieser Eingang in den Block 228 wird mit der spezifischen Wärme von Luft (spezific_heat_air) multipliziert, Block 226, und das Ergebnis wird an den Block 230 als ein anfänglicher P_req ausgegeben. Dieser anfängliche Wert von P_req ist beschränkt auf einen Wert zwischen einem minimalen Wert von 0 und einem maximalen Wert eines maximalen Heizleistungsvermögens (heating_max_pwr), Block 230, was den endgültigen berechneten Wert für P_req ergibt, Block 232. Dieser berechnete Wert von P_req, der aus dem Verfahren von 3 resultiert, ist die P_req, die in dem Block 111 in 2 beschafft und dann in dem Entscheidungsblock 112 von 2 verwendet wird.
Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird ein Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung auszuführen, die durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Verfahren zur Zusatzheizpumpensteuerung in einem Fahrzeug, umfassend einen Heizungswärmetauscher und eine Zusatzpumpe in einem Heizungswärmetauscherzweig eines Fahrzeugkühlmittelsystems, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) bestimmt wird, ob ein Motor läuft, wobei der Motor mit dem Kühlmittelsystem verbunden ist; (b) eine geschätzte Heizleistung berechnet wird, die benötigt wird, um einen HVAC-System-Heizbedarf zu decken, und eine Funktion einer Luftmassenströmung, einer spezifischen Wärme und einer Änderung der Temperatur in einem Fahrgastraum ist; (c) bestimmt wird, ob die berechnete geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, größer ist als eine minimale benötigte Heizleistung, welche in der Lage sein wird, einen Wärmekomfort in dem Fahrgastraum des Fahrzeuges aufrechtzuerhalten; und (d) wenn die berechnete geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, größer ist als die minimale benötigte Heizleistung und der Motor nicht läuft, die Zusatzpumpe aktiviert wird, um ein Kühlmittel durch den Heizungswärmetauscher zu pumpen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (d) ferner dadurch definiert ist, dass eine Kühlmittelzusatzheizung in dem Heizungswärmetauscherzweig aktiviert wird, wenn die berechnete geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, größer ist als die minimale benötigte Heizleitung und der Motor nicht läuft.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (d) ferner dadurch definiert ist, dass eine vorbestimmte minimale Zusatzpumpen-Einschaltdauer initialisiert wird, wenn die Zusatzpumpe aktiviert wird, und die Zusatzpumpe zumindest für die vorbestimmte minimale Zusatzpumpen-Einschaltdauer eingeschaltet gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner dadurch definiert ist, dass die Zusatzpumpe deaktiviert wird, wenn der Motor läuft.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (b) ferner dadurch definiert ist, dass ein maximaler Wert zwischen einer erwünschten Gebläseleistung und einer minimalen Gebläseleistung für ein Gebläse bestimmt wird, welches Luft durch den Heizungswärmetauscher zwingt, und dieser maximale Wert mit einem Gebläseumrechnungsfaktor multipliziert wird, der eine Gebläseleistung in ein Luftströmungsvolumen umwandelt, um einen Luftströmungswert zu erhalten und dann der Luftströmungswert durch einen Luftdichtewert dividiert wird, um die Luftmassenströmung zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei Schritt (b) ferner dadurch definiert ist, dass eine Ziel-Verdampfertemperatur von einer Zieltemperatur subtrahiert und mit einem Wärmezunahmefaktor multipliziert wird, um die Änderung der Temperatur zu bestimmen, wobei Schritt (b) insbesondere ferner dadurch definiert ist, dass die Änderung der Temperatur mit der Luftmassenströmung und der spezifischen Wärme multipliziert wird, um eine anfängliche geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, zu produzieren, wobei Schritt (b) insbesondere ferner dadurch definiert ist, dass die anfängliche geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, auf zwischen Null und einem vorbestimmten maximalen Wärmeleistungsvermögen begrenzt wird, um die geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (b) ferner dadurch definiert ist, dass eine Ziel-Verdampfertemperatur von einer Zieltemperatur subtrahiert und mit einem Wärmezunahmefaktor multipliziert wird, um die Änderung der Temperatur zu bestimmen, und/oder wobei Schritt (a) ferner dadurch definiert ist, dass der Motor eine Brennkraftmaschine ist.
Verfahren zur Zusatzheizpumpensteuerung in einem Fahrzeug, umfassend einen Heizungswärmetauscher und eine Zusatzpumpe in einem Heizungswärmetauscherzweig eines Fahrzeugkühlmittelsystems, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) bestimmt wird, ob ein Motor läuft, wobei der Motor mit dem Kühlmittelsystem verbunden ist; (b) eine geschätzte Heizleistung berechnet wird, die benötigt wird, um einen HVAC-System-Heizbedarf zu decken, und eine Funktion einer Luftmassenströmung, einer spezifischen Wärme und einer Änderung der Temperatur in einem Fahrgastraum ist; (c) bestimmt wird, ob die berechnete geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, größer ist als eine minimale benötigte Heizleistung, welche in der Lage sein wird, einen Wärmekomfort in dem Fahrgastraum des Fahrzeuges aufrechtzuerhalten; (d) wenn die berechnete geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, größer ist als die minimale benötigte Heizleistung und der Motor nicht läuft, die Zusatzpumpe aktiviert wird, um ein Kühlmittel durch den Heizungswärmetauscher zu pumpen, und eine Kühlmit telzusatzheizung in dem Heizungswärmetauscherzweig aktiviert wird, um das durch die Zusatzpumpe strömende Kühlmittel zu erwärmen; und eine vorbestimmte minimale Zusatzpumpen-Einschaltdauer initialisiert wird, wenn die Zusatzpumpe aktiviert wird, und die Zusatzpumpe zumindest für die vorbestimmte minimale Zusatzpumpen-Einschaltdauer eingeschaltet gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei Schritt (a) ferner dadurch definiert ist, dass die Zusatzpumpe deaktiviert wird, wenn der Motor läuft.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei Schritt (b) ferner dadurch definiert ist, dass ein maximaler Wert zwischen einer erwünschten Gebläseleistung und einer minimalen Gebläseleistung für ein Gebläse bestimmt wird, welches Luft durch den Heizungswärmetauscher zwingt, und dieser maximale Wert mit einem Gebläseumrechnungsfaktor multipliziert wird, der eine Gebläseleistung in ein Luftströmungsvolumen umwandelt, um einen Luftströmungswert zu erhalten, und dann der Luftströmungswert durch einen Luftdichtewert dividiert wird, um die Luftmassenströmung zu bestimmen, wobei Schritt (b) insbesondere ferner dadurch definiert ist, dass eine Ziel-Verdampfertemperatur von einer Zieltemperatur subtrahiert und mit einem Wärmezunahmefaktor multipliziert wird, um die Änderung der Temperatur zu bestimmen, wobei Schritt (b) insbesondere ferner dadurch definiert ist, dass die Änderung der Temperatur mit der Luftmassenströmung und der spezifischen Wärme multipliziert wird, um eine anfängliche geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, zu produzieren, wobei Schritt (b) insbesondere ferner dadurch definiert ist, dass die anfängliche geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, auf zwischen Null und einem vorbestimmten maximalen Wärmeleistungsvermögen begrenzt wird, um die geschätzte Heizleistung, die benötigt wird, zu bestimmen.