DE102010009279A1 - Zusatzheizpumpensteuerung - Google Patents
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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 bei10 bezeichnet ist. Das Fahrzeug10 kann einen Maschinenraum12 und einen Fahrgast/Laderaum14 umfassen. Ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs (HVAC)-Modul16 kann im Fahrgast/Laderaum14 angeordnet sein und eine Heizung und Kühlung für denselben bereitstellen. Das HVAC-Modul16 kann ein Gebläse18 zum Bewirken einer Luftströmung durch das Modul16 , einen Heizungswärmetauscher20 , der verwendet wird, um die Luft, die durch das Modul16 strömt, selektiv zu erwärmen, eine Temperaturmischklappe22 , die verstellbar ist, um die Luft verhältnismäßig durch oder um den Heizungswärmetauscher20 herum zu leiten, und eine Frischluft/Umluftklappe24 zum Verstellen des Verhältnisses von rezirkulierter und frischer Umgebungsluft, die in das HVAC-Modul16 eintreten, umfassen. Das Gebläse18 , die Temperaturmischklappe22 und die Frischluft/Umluftklappe24 können durch einen Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs (HVAC)-Controller26 gesteuert sein. - Der Heizungswärmetauscher
20 ist auch Teil eines Fahrzeugkühlmittelsystems28 , welches einen Kühlmittelkreis30 aufweist. Das Kühlmittel in dem Kreis30 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 Kühlmittelkreis30 weist einen ersten Zweig34 auf, der den Heizungswärmetauscher20 umfasst. Der Kühlmittelkreis30 wird nicht nur verwendet, um warmes Kühlmittel an den Heizungswärmetauscher20 zu liefern, um den Fahrgastraum14 zu erwärmen, sondern wird auch zum Erwärmen oder Kühlen eines Motors32 wie z. B. einer Brennkraftmaschine oder eines Brennstoffzellenstapels verwendet. Dies schafft einen zweiten Zweig36 des Kühlmittelkreises30 . - Der zweite Zweig
36 kann einem Kühlerkühlmittelauslass38 aus dem Motor32 , der Kühlmittel zu dem Kühler42 leitet, und einen Kühlerkühlmitteleinlass40 zu dem Motor32 umfassen, der das Kühlmittel von dem Kühler42 aufnimmt. Ein Maschinenventilator44 kann benachbart zu dem Kühler42 verwendet werden, um die Luftströmung durch den Kühler42 zu erhöhen, um die Wärmeabfuhr von dem Kühlmittel zu verbessern. Der zweite Zweig36 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 Motor32 und den zweiten Zweig36 pumpt, abhängig von der speziellen Art des verwendeten Motors maschinell angetrieben oder elektrisch angetrieben sein. - Der erste Zweig
34 des Kühlmittelkreises30 kann einen Heizungskühlmittelauslass46 aus dem Motor32 und einen Heizungskühlmitteleinlass48 zu dem Motor32 umfassen. Eine elektrische Zusatzpumpe50 weist einen Einlass52 , der ein Kühlmittel von dem Heizungskühlmittelauslass46 aufnehmen kann, und einen Auslass54 auf, der zu einem Einlass56 zu einer elektrischen Kühlmittelzusatzheizung58 eine Verbindung herstellt. Die elektrische Zusatzpumpe50 kann aktiviert werden, um Kühlmittel selektiv durch den ersten Zweig34 zu pumpen, und die elektrische Kühlmittelzusatzheizung58 kann aktiviert werden, um das durch den ersten Zweig34 strömende Kühlmittel selektiv zu erwärmen. Ein Auslass60 der Kühlmittelheizung58 stellt eine Verbindung mit einem Einlass62 zu dem Heizungswärmetauscher20 her. Ein Auslass64 aus dem Heizungswärmetauscher stellt eine Verbindung mit einem Einlass66 zu einem Dreiwege ventil68 her. Ein erster Auslass70 des Dreiwegeventils68 stellt eine Verbindung mit dem Heizungskühlmitteleinlass48 des Motors32 her, während ein zweiter Auslass72 des Dreiwegeventils eine Verbindung mit den Einlass52 der elektrischen Zusatzpumpe50 herstellt. Somit wird, wenn das Dreiwegeventil68 in eine erste Position geschaltet ist, die Kühlmittelströmung des ersten Zweiges34 den Motor32 umfassen, und wenn das Dreiwegeventil68 in eine zweite Position geschaltet ist, wird der Kühlmittelstrom des ersten Zweiges34 den Motor32 umgehen. Das Umgehen des Motors32 kann wünschenswert sein, wenn das Kühlmittel in dem Motor32 nicht aufgewärmt ist. In solch einem Betriebszustand wird das in dem ersten Zweig34 strömende Kühlmittel, das durch die elektrische Kühlmittelzusatzheizung58 erwärmt wird, in diesem Zweig zurückgehalten, um die an den Heizungswärmetauscher20 bereitgestellte Wärme zu maximieren. - Der HVAC-Controller
16 kann den Betrieb der elektrischen Zusatzpumpe50 , der elektrischen Kühlmittelzusatzheizung58 und des Dreiwegeventils68 steuern. -
2 veranschaulicht ein Betriebsverfahren, welches mit dem Fahrzeugkühlmittelsystem28 von1 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), Block104 . Wenn ja, dann wird die elektrische Zusatzpumpe auf Aus gestellt, Block106 , und ein Bit wird zurückgesetzt und der Speicher wird geleert, Block108 , bevor zu Block104 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 (Preq), wird dann berechnet, Block111 . Die Bestimmung von Preq wird in Bezug auf3 erläutert. Sobald Preq bestimmt ist, wird sie mit einem minimalen Heizleistungsbedarf (Pmin) verglichen, Block112 . Pmin ist die minimale benötigte Heizleistung, die in der Lage sein wird, einen Wärmekomfort in dem Fahrgastraum14 aufrechtzuerhalten. Wenn Preq nicht größer ist als Pmin, dann kehrt der Prozess zum Start zurück, Block102 . Wenn Preq jedoch größer ist als Pmin, dann wird eine Pumpenkalibrierung gestartet und es wird eine minimale Einschaltdauer initialisiert, Block114 . Die Zusatzpumpe50 wird eingeschaltet, Block116 , und es wird ein Bit zurückgesetzt und der Speicher wird geleert, Block108 , bevor zu Block104 zurückgekehrt wird. Alternativ schaltet der Prozess in Block116 sowohl die Zusatzpumpe50 als auch die Kühlmittelzusatzheizung58 ein. -
3 veranschaulicht ein Verfahren zum Bestimmen der geschätzten benötigten Heizleistung (Preq) zur Verwendung in Block111 des Verfahrens von2 . Im Allgemeinen gilt Preq = (mdot)(Cp)(ΔT), wobei mdot 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 (OATPT) und weiterer Faktoren ist. - Im Spezielleren wird Preq berechnet, indem das folgende in
3 veranschaulichte Verfahren verwendet wird. Eine Ziel-Verdampfertemperatur (eat_disp), Block204 , wird von einer Zieltemperatur (target_temp) subtrahiert, Block202 , wobei das Ergebnis, Block206 , in den Block224 eingeht. Ein Wärmefaktor (heating_pwr_gain], Block208 , wird ebenfalls in den Block224 eingegeben. Eine erwünschte Gebläseleistung (des_bwlr), Block210 , wird mit einer minimalen Gebläseleistung (heating_pwr_blwr_min) verglichen, Block212 , und das Maximum dieser Leistungseingangswerte für das Gebläse wird ausgewählt, Block214 , und an den Block218 ausgegeben. Ein Gebläseumrechnungsfaktor (blwr_max_flow), Block216 , wird mit dem Ausgang von Block214 multipliziert (Block218 ), um eine Gebläseleistung in ein Luftströmungsvolumen umzuwandeln, und dann wird dieses Luftströmungsvolumen an den Block222 ausgegeben. Dieser Eingang in den Block222 wird dann durch einen Luftdichtewert (air_density) dividiert, Block220 , und in den Block224 eingegeben. Die drei Eingänge in den Block224 werden multipliziert und das Ergebnis wird an den Block228 ausgegeben. Dieser Eingang in den Block228 wird mit der spezifischen Wärme von Luft (spezific_heat_air) multipliziert, Block226 , und das Ergebnis wird an den Block230 als ein anfänglicher Preq ausgegeben. Dieser anfängliche Wert von Preq ist beschränkt auf einen Wert zwischen einem minimalen Wert von 0 und einem maximalen Wert eines maximalen Heizleistungsvermögens (heating_max_pwr), Block230 , was den endgültigen berechneten Wert für Preq ergibt, Block232 . Dieser berechnete Wert von Preq, der aus dem Verfahren von3 resultiert, ist die Preq, die in dem Block111 in2 beschafft und dann in dem Entscheidungsblock112 von2 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 (10)
- 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.
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