DE102021206457A1 - Method for operating a heat pump for a motor vehicle and heat pump - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren (100) zum Betreiben einer Wärmepumpe (10) für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei die Wärmepumpe (10) einen Umgebungswärmeübertrager (11), einen Verdichter (13), einen Heiz-Wärmeübertrager (14) und eine Drossel (12) umfasst. Das Verfahren (100) umfasst ein Einleiten (105) eines Abtauprozesses für den Umgebungswärmeübertrager (11) und eine Überwachung (102) einer Temperatur eines Kühlmittels von Traktionskomponenten des Kraftfahrzeuges. Als Wärmequelle für den Abtauprozess (106) wird das Kühlmittel der Traktionskomponenten verwendet (107). Das Verfahren (100) umfasst ferner ein Ermitteln (103) einer maximal aus dem Kühlmittel zu entnehmenden Wärme, sodass die Temperatur des Kühlmittels während des Abtauprozesses (106) nicht unterhalb einer festgelegten minimalen Temperatur fällt, wobei das Verfahren (100) zudem ein Ermitteln (104) einer Länge des Abtauprozesses (106) und ein Volumenstrom des Kühlmittels während des Abtauprozesses (106) in Abhängigkeit der maximal aus dem Kühlmittel zu entnehmenden Wärme umfasst.

Figure DE102021206457A1_0000
A method (100) for operating a heat pump (10) for a motor vehicle is proposed, the heat pump (10) having an ambient heat exchanger (11), a compressor (13), a heating heat exchanger (14) and a throttle (12). includes. The method (100) includes initiating (105) a defrosting process for the ambient heat exchanger (11) and monitoring (102) a temperature of a coolant for traction components of the motor vehicle. The coolant of the traction components is used as a heat source for the defrosting process (106) (107). The method (100) further includes determining (103) a maximum heat to be removed from the coolant, so that the temperature of the coolant does not fall below a specified minimum temperature during the defrosting process (106), the method (100) also determining ( 104) a length of the defrosting process (106) and a volume flow of the coolant during the defrosting process (106) as a function of the maximum heat to be removed from the coolant.
Figure DE102021206457A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug sowie eine Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug nach den unabhängigen Ansprüchen.The present invention relates to a method for operating a heat pump for a motor vehicle and a heat pump for a motor vehicle according to the independent claims.

Der Einsatz von Wärmepumpen zur Beheizung des Innenraumes eines Kraftfahrzeuges, insbesondere in der Elektromobilität, ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Die zum Heizen benötigte Wärme wird typischerweise aus der Umgebungsluft des Kraftfahrzeuges, in anderen Worten aus der Außenluft, entnommen, wobei ein Umgebungswärmeübertrager der Wärmepumpe dazu unter die Umgebungstemperatur gekühlt werden muss. Unterschreitet die Umgebungsluft dabei allerdings ihren Taupunkt, bildet sich Reif beziehungsweise Eis auf der Oberfläche des Umgebungswärmeübertragers, wodurch Luft am Durchströmen gehindert wird und die Wärmepumpe nicht mehr effizient betrieben werden kann.The use of heat pumps for heating the interior of a motor vehicle, in particular in electromobility, is known in principle from the prior art. The heat required for heating is typically taken from the ambient air of the motor vehicle, in other words from the outside air, with an ambient heat exchanger of the heat pump having to be cooled below the ambient temperature for this purpose. However, if the ambient air falls below its dew point, frost or ice forms on the surface of the ambient heat exchanger, which prevents air from flowing through and the heat pump can no longer be operated efficiently.

Um somit wieder eine Luftdurchströmung zu ermöglichen, sind Abtauzyklen notwendig, deren Ziel es ist, das Eis zu schmelzen und somit eine Durchströmung des Wärmeübertragers zu sichern. Für ein besonders effizientes Betreiben der Wärmepumpe sollten die Abtauprozesse möglichst kurz und effizient erfolgen.In order to allow air to flow through again, defrosting cycles are necessary, the aim of which is to melt the ice and thus ensure that the heat exchanger can flow through. For a particularly efficient operation of the heat pump, the defrosting processes should be as short and efficient as possible.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug sowie eine Wärmepumpe derart zu verbessern, dass der Abtauprozess möglichst effizient ist, sodass zeitnah wieder in den Heizbetrieb der Wärmepumpe gewechselt werden kann und somit insgesamt die Effizienz der Wärmepumpe erhöht wird.The object of the present invention is to improve a method for operating a heat pump for a motor vehicle and a heat pump in such a way that the defrosting process is as efficient as possible, so that the heat pump can be switched back to heating mode in a timely manner, thus increasing the overall efficiency of the heat pump will.

Gelöst wird die vorgenannte Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug, wobei die Wärmepumpe einen Umgebungswärmeübertrager, einen Heiz-Wärmeübertrager, einen Verdichter und eine Drossel umfasst. Das Verfahren umfasst das Einleiten und vorzugsweise das Durchführen eines Abtauprozesses für den Umgebungswärmeübertrager, wobei das Verfahren ferner eine Überwachung einer Temperatur eines Kühlmittels von Traktionskomponenten des Kraftfahrzeuges umfasst. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug.The aforementioned object is achieved by a method for operating a heat pump for a motor vehicle, the heat pump comprising an ambient heat exchanger, a heating heat exchanger, a compressor and a throttle. The method includes initiating and preferably performing a defrosting process for the ambient heat exchanger, the method further including monitoring a temperature of a coolant of traction components of the motor vehicle. The motor vehicle is in particular a hybrid or electric vehicle.

Für den Abtauprozess wird als Wärmequelle das Kühlmittel der Traktionskomponenten verwendet. Das Verfahren umfasst das Ermitteln einer maximal aus dem Kühlmittel zu entnehmenden Wärme, sodass die Temperatur des Kühlmittels während des Abtauprozesses nicht unter eine festgelegte minimale Temperatur fällt. Es wird ferner eine Dauer des Abtauprozesses und ein Volumenstrom des Kühlmittels während des Abtauprozesses in Abhängigkeit der maximal aus dem Kühlmittel zu entnehmenden Wärme ermittelt.The coolant of the traction components is used as a heat source for the defrosting process. The method includes determining a maximum heat to be extracted from the coolant such that the temperature of the coolant does not drop below a specified minimum temperature during the defrost process. Furthermore, a duration of the defrosting process and a volume flow of the coolant during the defrosting process are determined as a function of the maximum heat that can be extracted from the coolant.

Unter dem Begriff „Wärme“ ist insbesondere eine Wärmeenergie zu verstehen. Aus der maximal zu entnehmenden Wärme ergibt sich vorzugsweise ein maximaler Wärmestrom in Bezug auf die Zeit. Es sind der Volumenstrom und die Dauer des Abtauprozesses wichtige Parameter. Je höher der Volumenstrom ist, desto schneller kühlt sich das Kühlmittel ab. Je länger der Abtauprozess ist, desto stärker kühlt sich das Kühlmittel ab. Insbesondere ist der Volumenstrom während des Abtauprozesses konstant. Es sollte die Dauer des Abtauprozesses möglichst klein gewählt werden, damit möglichst schnell zurück in den Heizbetrieb gewechselt werden kann. Der Volumenstrom muss dabei allerdings so gewählt werden, dass die aus dem Kühlmittel entnommene Wärme nicht die maximal zu entnehmende Wärme überschreitet, sodass die Kühlmitteltemperatur nicht zu stark sinkt.The term “heat” is to be understood in particular as thermal energy. A maximum heat flow in relation to time preferably results from the maximum heat to be extracted. The volume flow and the duration of the defrosting process are important parameters. The higher the volume flow, the faster the coolant cools down. The longer the defrosting process, the more the coolant cools down. In particular, the volume flow is constant during the defrosting process. The duration of the defrosting process should be as short as possible so that you can switch back to heating mode as quickly as possible. However, the volume flow must be selected in such a way that the heat removed from the coolant does not exceed the maximum heat that can be removed, so that the coolant temperature does not drop too much.

Es wurde herausgefunden, dass bei einer zu geringen Temperatur des Kühlmittels, das als Wärmequelle für den Abtauprozess dient, ein Abtauen des Umgebungswärmeübertragers nur schwer möglich ist. Für einen effizienten Gesamtbetrieb ist es somit essenziell zu gewährleisten, dass das Kühlmittel als Wärmequelle nicht unter eine minimale Temperatur fällt.It has been found that if the temperature of the coolant, which is used as the heat source for the defrosting process, is too low, it is difficult to defrost the ambient heat exchanger. It is therefore essential for efficient overall operation to ensure that the coolant as a heat source does not fall below a minimum temperature.

Vor allem umfasst die Wärmepumpe einen Kältemittelkreislauf, wobei Kältemittel vom Verdichter verdichtet wird und von der Drossel expandiert wird, während im Umgebungswärmeübertrager Wärme zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, sprich der Umgebungsluft, übertragen wird, und beim Heiz-Wärmeübertrager Wärme zwischen dem Kältemittel und der Luft eines Innenraumes des Kraftfahrzeuges übertragen wird.Above all, the heat pump comprises a refrigerant circuit, with refrigerant being compressed by the compressor and expanded by the throttle, while in the ambient heat exchanger heat is transferred between the refrigerant and the environment, i.e. the ambient air, and in the heating heat exchanger heat is transferred between the refrigerant and the Air of an interior of the motor vehicle is transmitted.

Während eines Heizbetriebs dient der Umgebungswärmeübertrager als Verdampfer und der Heiz-Wärmeübertrager als Kondensator. Während des Abtauprozesses, in anderen Worten während des Abtaubetriebs, wird der „Weg“ des Kältemittels im Vergleich zum Heizprozess insbesondere umgedreht. Während im Heizbetrieb der Umgebungswärmeübertrager als Verdampfer dient, dient er im Abtaubetrieb als Kondensator. Gleiches gilt für den Heiz-Wärmeübertrager, der im Abtaubetrieb als Verdampfer fungiert und im Heizbetrieb als Kondensator.During heating operation, the ambient heat exchanger serves as an evaporator and the heating heat exchanger as a condenser. In particular, during the defrosting process, in other words during the defrosting operation, the “path” of the refrigerant is reversed compared to the heating process. While the ambient heat exchanger is used as an evaporator in heating mode, it is used as a condenser in defrosting mode. The same applies to the heating heat exchanger, which acts as an evaporator in defrosting mode and as a condenser in heating mode.

Der Abtauprozess umfasst somit insbesondere ein Verdichten des Kältemittels auf einen Hochdruck mittels des Verdichters, ein Übertragen von Wärme von dem Kältemittel auf den insbesondere bereiften beziehungsweise vereisten Umgebungswärmeübertrager, ein Entspannen des Kältemittels auf einen Niederdruck mittels der Drossel und ein Aufnehmen von Wärme. Im Detail erwärmt sich das Kältemittel beim Verdichten weiter, wobei es anschließend in den Umgebungswärmeübertrager geleitet wird, an den es Wärme abgibt. Somit wird dieser enteist beziehungsweise abgetaut. In diesem Sinne wird Wärme mittels des Kältemittels an den Umgebungswärmeübertrager übertragen. Dabei wird die Wärme vorliegend von dem Kühlmittel der Traktionskomponenten entnommen. In anderen Worten wird Abwärme der Traktionskomponenten verwendet. Diese Wärme wird insbesondere mittels des Heiz-Wärmeübertragers auf das Kältemittel übertragen.The defrosting process thus includes in particular a compression of the refrigerant to a high pressure by means of the compressor, a transfer of Heat from the refrigerant to the ambient heat exchanger that is in particular frosted or iced over, expansion of the refrigerant to a low pressure by means of the throttle and absorption of heat. In detail, the refrigerant continues to heat up during compression, after which it is conducted into the ambient heat exchanger, to which it gives off heat. This means that it is de-iced or defrosted. In this sense, heat is transferred to the ambient heat exchanger by means of the refrigerant. Here, the heat is taken from the coolant of the traction components. In other words, waste heat from the traction components is used. This heat is transferred to the refrigerant in particular by means of the heating heat exchanger.

Das Abtauen erfolgt somit über eine Prozessumkehr mit Wärmeaufnahme aus den Traktionskomponenten, in anderen Worten aus dem Kühlmittel der Traktionskomponenten. Insbesondere wechseln sich beim Betreiben der Wärmepumpe Heizprozesse und Abtauprozesse zyklisch ab.The defrosting thus takes place via a process reversal with heat absorption from the traction components, in other words from the coolant of the traction components. In particular, when operating the heat pump, heating processes and defrosting processes alternate cyclically.

Der Beginn des Abtauprozesses kann insbesondere dann erfolgen, sobald sich die Wärmeübertragungseffizienz stark reduziert, da dann kaum eine effiziente Wärmeaufnahme aus der Umgebung möglich ist. Beispielhaft kann der Abtauprozess eingeleitet werden, wenn ein Vereisungsgrad des Umgebungswärmeübertragers eine gewisse Schwelle überschritten hat, wobei dieser rechnerisch oder mittels eines Sensors ermittelt werden kann.The start of the defrosting process can take place in particular as soon as the heat transfer efficiency is greatly reduced, since efficient heat absorption from the environment is then hardly possible. For example, the defrosting process can be initiated when the degree of icing of the ambient heat exchanger has exceeded a certain threshold, which can be determined by calculation or by means of a sensor.

Die maximal zu entnehmende Wärme wird insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels ermittelt, insbesondere in Abhängigkeit der beim Einleiten oder kurz vor dem Einleiten des Abtauprozesses vorliegenden Temperatur. Die Temperatur des Kühlmittels ist ein wichtiger Indikator für die vorhandene Wärme im Kühlmittel, sodass diese den Abtauprozess wesentlich beeinflusst. Die ermittelte maximal aus dem Kühlmittel zu entnehmende Wärme kann mit einer zuvor festgelegten Schwelle verglichen werden, in anderem Worten einem Schwellwert. Beim Unterschreiten der Schwelle kann die Temperatur des Kühlmittels mittels einer Heizeinheit erhöht werden, vorzugsweise, bevor der Abtauprozess eingeleitet wird. Erst nach Überschreiten der Schwelle kann vorzugsweise der Abtauprozess eingeleitet werden. Vorzugsweise kann die überwachte Temperatur des Kühlmittels der Traktionskomponenten mit einer entsprechenden festgelegten Schwelle verglichen werden. Beim Unterschreiten der Schwelle kann die Temperatur des Kühlmittels mittels einer Heizeinheit zusätzlich erhöht werden.The maximum heat to be extracted is determined in particular as a function of the temperature of the coolant, in particular as a function of the temperature present when the defrosting process is initiated or shortly before it is initiated. The temperature of the coolant is an important indicator of the heat present in the coolant, so this significantly affects the defrosting process. The determined maximum heat to be removed from the coolant can be compared with a previously defined threshold, in other words a threshold value. If the temperature falls below the threshold, the temperature of the coolant can be increased by means of a heating unit, preferably before the defrosting process is initiated. The defrosting process can preferably only be initiated after the threshold has been exceeded. Preferably, the monitored temperature of the traction component coolant may be compared to a corresponding predetermined threshold. If the temperature falls below the threshold, the temperature of the coolant can be additionally increased by means of a heating unit.

Das Verfahren kann das Festlegen einer minimalen Temperatur des Kühlmittels der Traktionskomponenten umfassen. Die Temperatur kann beispielsweise höchstens 10°C, insbesondere höchstens 5°C, vorzugsweise höchstens 0°C, sein.The method may include setting a minimum temperature of the traction component coolant. The temperature can be, for example, at most 10°C, in particular at most 5°C, preferably at most 0°C.

Bei der Ermittlung der maximal zu entnehmenden Wärme wird insbesondere eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder eine Effizienz einer Elektromaschine des Kraftfahrzeuges und/oder ein Streckenprofil der vorausliegenden Strecke und/oder eine Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges und/oder eine Luftfeuchtigkeit der Umgebung des Kraftfahrzeuges und/oder eine Zuladung des Kraftfahrzeuges, bspw. eine Anzahl der Kraftfahrzeuginsassen, berücksichtigt. Je höher die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, desto höher die Abwärme aus den Traktionskomponenten. Dadurch kann sich das Kühlmittel schneller erwärmen und während des Abtauvorgangs sinkt die Kühlmitteltemperatur weniger stark, da mehr Abwärme zur Verfügung steht.When determining the maximum heat that can be extracted, the speed of the motor vehicle and/or the efficiency of an electric motor in the motor vehicle and/or a route profile of the route ahead and/or the ambient temperature of the motor vehicle and/or the humidity in the area surrounding the motor vehicle and/or a payload of the motor vehicle, for example a number of motor vehicle occupants, is taken into account. The higher the driving speed of the motor vehicle, the higher the waste heat from the traction components. This allows the coolant to heat up more quickly and the coolant temperature does not drop as much during the defrosting process because more waste heat is available.

Gleiches gilt für die Effizienz der E-Maschine. Je ineffizienter die E-Maschine, desto höher die Abwärme aus den Traktionskomponenten. Je höher die Zuladung und somit das Fahrzeuggewicht, desto höher die Antriebsleistung. Aus einer höheren Antriebsleistung fällt gleichzeitig auch wieder eine höhere Abwärme an.The same applies to the efficiency of the e-machine. The more inefficient the e-machine, the higher the waste heat from the traction components. The higher the payload and thus the vehicle weight, the higher the drive power. At the same time, a higher drive power also produces higher waste heat.

Unter dem Begriff der „vorausliegenden Strecke“ ist eine absehbare Strecke, die das Kraftfahrzeug hinter sich legen wird, zu verstehen. Auf diese kann bspw. mittels des Standortes des Kraftfahrzeuges und/oder einer Eingabe im Navigationssystem geschlossen werden. Steht bspw. eine Autobahnfahrt bevor, kann man auf eine höhere verfügbare Abwärme schließen. The term “upcoming route” is to be understood as meaning a foreseeable route that the motor vehicle will cover. This can be inferred, for example, by means of the location of the motor vehicle and/or an entry in the navigation system. If, for example, a trip on the motorway is imminent, one can conclude that there is a higher level of waste heat available.

Die Umgebungstemperatur und die Luftfeuchtigkeit beeinflussen die Dauer der Zeit bis zum Einleiten der Abtauung. Je höher die Luftfeuchtigkeit, desto eher muss der Wärmeübertrager abgetaut werden. Die Umgebungstemperatur beeinflusst die relative Luftfeuchtigkeit und die Heizleistung der Wärmepumpe. Je höher die Heizleistung, desto eher muss der Wärmeübertrager abgetaut werden. Des Weiteren beeinflusst die Umgebungstemperatur die Wärmeverluste des Kühlmittels an die Umgebung.Ambient temperature and humidity affect the time it takes to initiate defrost. The higher the humidity, the sooner the heat exchanger must be defrosted. The ambient temperature influences the relative humidity and the heating capacity of the heat pump. The higher the heat output, the sooner the heat exchanger must be defrosted. Furthermore, the ambient temperature influences the heat losses of the coolant to the environment.

Insbesondere kann dem Abtauprozess ein Heizprozess vorausgehen, bei dem vorzugsweise ausschließlich Umgebungsluft des Kraftfahrzeuges als Wärmequelle verwendet wird. Ferner kann bei einem vorausgehenden Heizprozess sowohl die Umgebungsluft des Kraftfahrzeuges als auch Kühlmittel der Traktionskomponenten als Wärmequelle verwendet werden, und zwar vorzugsweise parallel und gleichzeitig. Es findet somit eine Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft auf das Kältemittel und vom Kühlmittel auf das Kältemittel statt.In particular, the defrosting process can be preceded by a heating process in which preferably only ambient air of the motor vehicle is used as a heat source. Furthermore, in a preceding heating process, both the ambient air of the motor vehicle and the coolant of the traction components can be used as a heat source, preferably in parallel and at the same time. Heat is thus absorbed from the ambient air to the refrigerant and from the coolant to the refrigerant.

Zur Ermittlung der maximal zu entnehmenden Wärme kann insbesondere eine während des Heizprozesses für die Wärmepumpe entnommene Wärme aus dem Kühlmittel der Traktionskomponenten und/oder eine während des Heizprozesses für die Wärmepumpe entnommene Wärme aus der Umgebungsluft berücksichtigt werden. Dies kann bspw. über einen Abfall der Temperatur des Kühlmittels während des Heizprozesses bestimmt werden.To determine the maximum heat to be extracted, heat extracted from the coolant of the traction components during the heating process for the heat pump and/or heat extracted from the ambient air during the heating process for the heat pump can be taken into account. This can be determined, for example, via a drop in the temperature of the coolant during the heating process.

In einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung eine Wärmepumpe umfassend einen Umgebungswärmeübertrager, einen Verdichter, einen Heiz-Wärmeübertrager und eine Drossel, wobei die Wärmepumpe zur Durchführung eines oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Ferner kann die Wärmepumpe eine Überwachungseinheit, insbesondere einen Sensor, zum Überwachen der Temperatur des Kühlmittels und eine Auswerteeinheit zum Ermitteln der maximal zu entnehmenden Wärme sowie der Länge des Abtauprozesses und des Volumenstroms des Abtauprozesses umfassen. Zudem kann die Wärmepumpe eine Steuereinheit umfassen, die den Abtauprozess einleitet.In a further aspect, the invention comprises a heat pump comprising an ambient heat exchanger, a compressor, a heating heat exchanger and a throttle, the heat pump being designed to carry out a method described above. Furthermore, the heat pump can include a monitoring unit, in particular a sensor, for monitoring the temperature of the coolant and an evaluation unit for determining the maximum heat that can be extracted and the length of the defrosting process and the volume flow of the defrosting process. In addition, the heat pump can include a control unit that initiates the defrosting process.

Die Figuren zeigen in rein schematischer Darstellung:

  • 1: ein Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
  • 2: eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe.
The figures show in a purely schematic representation:
  • 1 : a process diagram of a process according to the invention; and
  • 2 : a representation of a heat pump according to the invention.

1 zeigt ein Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Betreiben einer Wärmepumpe 10. Das Verfahren umfasst insbesondere einen Heizprozess 101, bei dem entweder ausschließlich Umgebungsluft oder Umgebungsluft und Kühlmittel von Traktionskomponenten des Fahrzeuges als Wärmequelle verwendet werden. Das Verfahren 100 umfasst eine Überwachung 102 einer Temperatur des Kühlmittels der Traktionskomponenten. 1 shows a process diagram of a method 100 according to the invention for operating a heat pump 10. The method includes in particular a heating process 101 in which either exclusively ambient air or ambient air and coolant from traction components of the vehicle are used as a heat source. The method 100 includes monitoring 102 a temperature of the coolant of the traction components.

Das Verfahren 100 umfasst insbesondere das Ermitteln 103 einer maximal zu entnehmenden Wärme aus dem Kühlmittel, insbesondere in Abhängigkeit von der beim Einleiten des Abtauprozesses 106 vorliegenden Temperatur des Kühlmittels der Traktionskomponenten.The method 100 includes in particular the determination 103 of a maximum heat to be extracted from the coolant, in particular as a function of the temperature of the coolant of the traction components that is present when the defrosting process 106 is initiated.

Es kann bei dem Ermitteln dabei die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges eine Effizienz der Elektromaschine und/oder ein Streckenprofil der vorausliegenden Strecke und/oder eine Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges und/oder eine Luftfeuchtigkeit der Umgebung des Kraftfahrzeuges und/oder eine Zuladung des Kraftfahrzeuges berücksichtigt werden 103a. Ferner kann eine während des Heizprozesses für die Wärmepumpe entnommene Wärme aus dem Kühlmittel der Traktionskomponenten berücksichtigt werden 103b und/oder eine während des Heizprozesses für die Wärmepumpe entnommene Wärme aus der Umgebungsluft berücksichtigt werden 103c. Die maximal zu entnehmende Wärme kann mit einer Schwelle verglichen werden 103d und bei Unterschreiten dieser die Temperatur des Kühlmittels mittels einer Heizeinheit erhöht werden 103e.When determining the speed of the motor vehicle, an efficiency of the electric machine and/or a route profile of the route ahead and/or an ambient temperature of the motor vehicle and/or air humidity in the area surrounding the motor vehicle and/or a payload of the motor vehicle can be taken into account 103a. Furthermore, heat taken from the coolant of the traction components during the heating process for the heat pump can be taken into account 103b and/or heat taken from the ambient air during the heating process for the heat pump can be taken into account 103c. The maximum heat to be extracted can be compared 103d with a threshold and, if it falls below this threshold, the temperature of the coolant can be increased 103e by means of a heating unit.

Es wird die Länge des Abtauprozesses 106 und ein Volumenstrom des Kühlmittels während des Abtauprozesses in Abhängigkeit der maximal aus dem Kühlmittel zu entnehmenden Wärme ermittelt 104. Ferner umfasst das Verfahren 100 das Verwenden 107 des Kühlmittels der Traktionskomponenten als Wärmequelle während des Abtauprozesses 106. Zuvor wird der Abtauprozess eingeleitet 105.The length of the defrosting process 106 and a volume flow of the coolant during the defrosting process as a function of the maximum heat to be removed from the coolant are determined 104. The method 100 also includes using 107 the coolant of the traction components as a heat source during the defrosting process 106 Defrost process initiated 105.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe 10, die einen Umgebungswärmeübertrager 11, eine Drossel 12, einen Verdichter 13 und einen Heiz-Wärmeübertrager 14 umfasst. Die Wärmepumpe 10 umfasst zudem eine Überwachungseinheit 15 zum Überwachen der Temperatur des Kühlmittels und eine Auswerteeinheit 16 zum Ermitteln der maximal zu entnehmenden Wärme sowie der Länge und des Volumenstroms des Abtauprozesses. Ferner umfasst die Wärmepumpe 10 eine Steuereinheit 17, die den Abtauprozess einleitet. 2 shows a schematic representation of a heat pump 10 according to the invention, which includes an ambient heat exchanger 11, a throttle 12, a compressor 13 and a heating heat exchanger 14. The heat pump 10 also includes a monitoring unit 15 for monitoring the temperature of the coolant and an evaluation unit 16 for determining the maximum heat that can be extracted and the length and volume flow of the defrosting process. Furthermore, the heat pump 10 includes a control unit 17 which initiates the defrosting process.

BezugszeichenlisteReference List

100100
Verfahren zum Betreiben einer WärmepumpeMethod of operating a heat pump
101101
Heizprozessheating process
102102
Überwachung einer Temperatur eines Kühlmittels von Traktionskomponenten des KraftfahrzeugesMonitoring a temperature of a coolant of traction components of the motor vehicle
103103
Ermitteln einer maximal zu entnehmenden Wärme aus dem KühlmittelDetermination of a maximum heat to be extracted from the coolant
103a103a
Berücksichtigung einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder einer Effizienz einer Elektromaschine des Kraftfahrzeuges und/oder eines Streckenprofil der vorausliegenden Strecke und/oder einer Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges und/oder einer Luftfeuchtigkeit der Umgebung des Kraftfahrzeuges und/oder eine Zuladung des KraftfahrzeugesTaking into account a speed of the motor vehicle and/or an efficiency of an electric motor of the motor vehicle and/or a route profile of the route ahead and/or an ambient temperature of the motor vehicle and/or a humidity of the surroundings of the motor vehicle and/or a payload of the motor vehicle
103b103b
Berücksichtigung einer während des Heizprozesses für die Wärmepumpe entnommene Wärme aus dem Kühlmittel der TraktionskomponentenConsideration of heat taken from the coolant of the traction components during the heating process for the heat pump
103c103c
Berücksichtigung einer während des Heizprozesses für die Wärmepumpe entnommene Wärme aus der UmgebungsluftConsideration of heat taken from the ambient air during the heating process for the heat pump
103d103d
Vergleich mit einer SchwelleComparison with a threshold
103e103e
Erhöhen der Temperatur des Kühlmittels mittels einer HeizeinheitRaising the temperature of the coolant using a heating unit
104104
Ermitteln einer Länge des Abtauprozesses und eines Volumenstroms des Kühlmittels während des Abtauprozesses in Abhängigkeit einer maximal aus dem Kühlmittel zu entnehmenden WärmeDetermining a length of the defrosting process and a volume flow of the coolant during the defrosting process as a function of a maximum heat that can be extracted from the coolant
105105
Einleiten eines Abtauprozesses für den UmgebungswärmeübertragerInitiating a defrosting process for the ambient heat exchanger
106106
Abtauprozessdefrosting process
107107
Verwenden des Kühlmittels der Traktionskomponenten als WärmequelleUsing the traction component coolant as a heat source
1010
Wärmepumpeheat pump
1111
Umgebungswärmeübertragerambient heat exchanger
1212
Drosselthrottle
1313
Verdichtercompressor
1414
Heiz-Wärmeübertragerheating heat exchanger
1515
Überwachungseinheitmonitoring unit
1616
Auswerteeinheitevaluation unit
1717
Steuereinheitcontrol unit

Claims (9)

Verfahren (100) zum Betreiben einer Wärmepumpe (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Wärmepumpe (10) einen Umgebungswärmeübertrager (11), einen Verdichter (13), einen Heiz-Wärmeübertrager (14) und eine Drossel (12) umfasst, wobei das Verfahren (100) eine Überwachung (102) einer Temperatur eines Kühlmittels von Traktionskomponenten des Kraftfahrzeuges umfasst, wobei das Verfahren (100) ein Einleiten (105) eines Abtauprozesses (106) für den Umgebungswärmeübertrager (11) umfasst, wobei als Wärmequelle für den Abtauprozess (106) das Kühlmittel der Traktionskomponenten verwendet wird (107), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) ein Ermitteln (103) einer aus dem Kühlmittel maximal zu entnehmenden Wärme umfasst, sodass die Temperatur des Kühlmittels während des Abtauprozesses (106) nicht unterhalb einer festgelegten minimalen Temperatur fällt, wobei das Verfahren (100) ein Ermitteln (104) einer Länge des Abtauprozesses (106) und eines Volumenstrom des Kühlmittels während des Abtauprozesses (106) in Abhängigkeit der maximal aus dem Kühlmittel zu entnehmenden Wärme umfasst.Method (100) for operating a heat pump (10) for a motor vehicle, the heat pump (10) comprising an ambient heat exchanger (11), a compressor (13), a heating heat exchanger (14) and a throttle (12), the Method (100) comprises monitoring (102) a temperature of a coolant of traction components of the motor vehicle, wherein the method (100) comprises initiating (105) a defrosting process (106) for the ambient heat exchanger (11), wherein the heat source for the defrosting process ( 106) the coolant of the traction components is used (107), characterized in that the method (100) includes determining (103) a maximum heat that can be extracted from the coolant, so that the temperature of the coolant during the defrosting process (106) does not fall below a specified minimum temperature falls, the method (100) determining (104) a length of the defrosting process (106) and a volume flow of the coolant during defrosting process (106) as a function of the maximum heat to be removed from the coolant. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal zu entnehmende Wärme in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels der Traktionskomponenten ermittelt wird.Method (100) according to claim 1 , characterized in that the maximum heat to be removed is determined as a function of the temperature of the coolant of the traction components. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal aus dem Kühlmittel zu entnehmende Wärme mit einer zuvor festgelegten Schwelle verglichen wird (103d), wobei bei Unterschreiten der Schwelle die Temperatur des Kühlmittels mittels einer Heizeinheit erhöht wird (103e).Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum heat to be removed from the coolant is compared with a previously defined threshold (103d), with the temperature of the coolant being increased by means of a heating unit if the threshold is not reached (103e) . Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) ein Festlegen der minimalen Temperatur des Kühlmittels der Traktionskomponenten umfasst.Method (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the method (100) comprises setting the minimum temperature of the coolant of the traction components. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der maximal zu entnehmenden Wärme - eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder - eine Effizienz einer Elektromaschine des Kraftfahrzeuges und/oder - ein Streckenprofil der vorausliegenden Strecke und/oder - eine Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges und/oder - eine Luftfeuchtigkeit der Umgebung des Kraftfahrzeuges und/oder - eine Zuladung des Kraftfahrzeuges berücksichtigt wird (103a).Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that when determining the maximum heat to be extracted - a speed of the motor vehicle and/or - an efficiency of an electric machine of the motor vehicle and/or - a route profile of the route ahead and/or an ambient temperature of the motor vehicle and/or - a humidity of the area surrounding the motor vehicle and/or - a payload of the motor vehicle is taken into account (103a). Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe in einem dem Abtauprozess (106) vorausgehenden Heizprozess (101) ausschließlich Umgebungsluft des Kraftfahrzeuges als Wärmequelle verwendet.Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pump exclusively uses ambient air of the motor vehicle as a heat source in a heating process (101) preceding the defrosting process (106). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe in einem dem Abtauprozess (106) vorausgehenden Heizprozess Umgebungsluft des Kraftfahrzeuges und das Kühlmittel der Traktionskomponenten als Wärmequelle verwendet, wobei zur Ermittlung der maximal zu entnehmenden Wärme eine während des Heizprozesses für die Wärmepumpe entnommene Wärme aus dem Kühlmittel der Traktionskomponenten berücksichtigt wird (103b).Procedure according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the heat pump in a defrosting process (106) preceding the heating process ambient air of the motor vehicle and the coolant of the traction components used as a heat source, wherein to determine the maximum to be removed Heat taken into account during the heating process for the heat pump heat from the coolant of the traction components (103b). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der maximal zu entnehmenden Wärme eine während des Heizprozesses für die Wärmepumpe entnommene Wärme aus der Umgebungsluft berücksichtigt wird (103c).procedure after claim 7 , characterized in that to determine the maximum heat to be extracted, heat extracted from the ambient air during the heating process for the heat pump is taken into account (103c). Wärmepumpe (10) umfassend einen Umgebungswärmeübertrager (11), einen Verdichter (13), einen Heiz-Wärmeübertrager (14) und eine Drossel (12), wobei die Wärmepumpe zur Durchführung eines Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.Heat pump (10) comprising an ambient heat exchanger (11), a compressor (13), a heating heat exchanger (14) and a throttle (12), wherein the heat pump for carrying out a method (100) according to one of Claims 1 until 8th is trained.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112011101957T5 (en) 2010-06-10 2013-03-28 Denso Corporation Heat pump cycle
DE102018132423A1 (en) 2018-12-17 2020-06-18 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for operating an air conditioning system for a vehicle
DE102020104742A1 (en) 2020-02-24 2021-08-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Control of a heat pump in variable operating conditions

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112011101957T5 (en) 2010-06-10 2013-03-28 Denso Corporation Heat pump cycle
DE102018132423A1 (en) 2018-12-17 2020-06-18 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for operating an air conditioning system for a vehicle
DE102020104742A1 (en) 2020-02-24 2021-08-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Control of a heat pump in variable operating conditions

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022210436A1 (en) 2022-09-30 2024-04-04 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for controlling a refrigerant circuit

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