DE112021004965T5

DE112021004965T5 - Fahrzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE112021004965T5
Application number: DE112021004965.8T
Authority: DE
Inventors: Ryo Miyakoshi; Yoshiki Shibaoka
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2023-06-29
Also published as: US20240059125A1; JP2022053246A; WO2022064944A1; CN116075439A

Abstract

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, im Falle eines Übergangs in einen Betriebsmodus der Fahrzeugklimaanlage, in dem sich der Wärmeaustauschweg des Kältemittels verlängert, Unbehagen der Insassen aufgrund eines Absinkens der Kühlleistung auszuräumen. Die erfindungsgemäße Fahrzeugklimaanlage umfasst einen Klimatisierungskältemittelkreislauf, der ein Kältemittel zirkulieren lässt und eine Fahrgastzelle kühlt, einen Kältemittelabzweigungskreislauf, der von dem Klimatisierungskältemittelkreislauf abzweigt und eine Kühlung eines Wärme erzeugenden Geräts durchführt, ein Abzweigungssteuerventil, das am Kältemittelabzweigungskreislauf bereitgestellt ist und einen Strom von Kältemittel steuert, das aus dem Klimatisierungskältemittelkreislauf in den Kältemittelabzweigungskreislauf eintritt, und eine Steuereinheit, die den Betrieb des Klimatisierungskältemittelkreislaufs und das Abzweigungssteuerventil steuert, wobei die Steuereinheit nach einem Übergang in einen Betrieb, bei dem die Kühlung der Fahrgastzelle durch den Klimatisierungskältemittelkreislauf und die Kühlung des Wärme erzeugenden Geräts durch den Kältemittelabzweigungskreislauf parallel durchgeführt werden, das Öffnen und Schließen des Abzweigungssteuerventils entsprechend der aktuellen Kühlleistung des Klimatisierungskältemittelkreislaufs steuert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage zum Klimatisieren einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs.
STAND DER TECHNIK
Als Fahrzeugklimaanlage, die für elektrisch angetriebene Fahrzeuge (einschließlich so genannter Hybridfahrzeuge) geeignet ist, ist eine Anlage bekannt, die einen Kältemittelkreislauf der Wärmepumpenbauart umfasst. Dieser Kältemittelkreislauf ist ein Zirkulationskreislauf, mit dem ein Kompressor, ein Wärmeableiter (Kondensator), ein Expansionsventil, eine Wärmesenke (Verdampfer) der Reihe nach mit Kältemittelleitungen verbunden sind, und eine Klimaanlage, die ihn umfasst, umfasst einen externen Wärmetauscher und führt einen Heizvorgang, bei dem durch den Kompressor verdichtetes Kältemittel am externen Wärmetauscher Wärme absorbiert und am Wärmeableiter abgibt, und einen Kühlvorgang durch, bei dem verdichtetes Kältemittel am externen Wärmetauscher Wärme abgibt und an der Wärmesenke Wärme absorbiert (siehe beispielsweise das nachstehend aufgeführte Patentdokument 1).
Bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug ist es zum Aufrechterhalten der Leistung und Wahren der Sicherheit einer Batterie erforderlich, die Batterie, die sich durch Eigenwärme und einen Anstieg der Außentemperatur erwärmt, auf eine angemessene Temperatur zu kühlen. Daher ist an einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug ein Batteriekältemittelkreislauf zum Kühlen der Batterie bereitgestellt, und indem zwischen Kältemittel, das in einem der Klimatisierung dienenden Kältemittelkreislauf zirkuliert, und dem Kältemittel für die Batterie (Kühlwasser) ein Wärmeaustausch stattfindet und die Temperatur des Kühlwassers gesenkt wird, erfolgt eine wirkungsvolle Kühlung der Batterie (untenstehendes Patentdokument 2).
LISTE DER REFERENZDOKUMENTE
PATENTD OKUMENTE

Patentdokument 1: JP 2014-213765 A
Patentdokument 2: JP 5860360 B

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
AUFGABEN DER ERFINDUNG
Wenn in der Fahrzeugklimaanlage mit dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufs neben der Klimatisierung ein anderes Temperaturregulierungszielobjekt wie etwa die Batterie gekühlt wird und aufgrund der Notwendigkeit der Kühlung des Temperaturregulierungszielobjekts wie der Batterie ein Übergang aus dem Betriebsmodus zur Fahrgastzellenklimatisierung in einen Betriebsmodus erfolgt, in dem das Kältemittel auch an den Wärmetauscher für das Temperaturregulierungszielobjekt geleitet wird, verlängert sich der Wärmeaustauschweg, in dem das Kältemittel strömt, weshalb es unmittelbar nach dem Übergang zu einer mangelnden Leistung (Drehzahl) des Kompressors kommt und das Phänomen auftritt, dass die Temperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft sich vorübergehend erhöht.
Auch wenn umgekehrt aufgrund der Notwendigkeit einer Kühlung der Fahrgastzelle ein Übergang aus dem Betriebsmodus, in dem das Kältemittel auch an den Wärmetauscher für das Temperaturregulierungszielobjekt geleitet wird, in einen Betriebsmodus erfolgt, in dem das Kältemittel zur Wärmesenke geleitet wird, kommt es ebenfalls unmittelbar nach dem Übergang zu einer mangelnden Leistung des Kompressors, wodurch sich die Klimatisierung der Fahrgastzelle verzögert.
Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, diesen Problemen entgegenzuwirken. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, im Falle eines Übergangs in einen Betriebsmodus der Fahrzeugklimaanlage, in dem sich der Wärmeaustauschweg des Kältemittels verlängert, Unbehagen der Insassen aufgrund eines Absinkens der Kühlleistung auszuräumen.
LÖSUNG DER AUFGABE
Zum Lösen dieser Aufgabe ist die vorliegende Erfindung mit der folgenden Konfiguration ausgestattet.
Eine Fahrzeugklimaanlage umfasst einen Klimatisierungskältemittelkreislauf, der ein Kältemittel zirkulieren lässt und eine Fahrgastzelle kühlt, einen Kältemittelabzweigungskreislauf, der von dem Klimatisierungskältemittelkreislauf abzweigt und eine Kühlung eines Wärme erzeugenden Geräts durchführt, ein
Abzweigungssteuerventil, das am Kältemittelabzweigungskreislauf bereitgestellt ist und einen Strom von Kältemittel steuert, das aus dem Klimatisierungskältemittelkreislauf in den Kältemittelabzweigungskreislauf eintritt, und eine Steuereinheit, die den Betrieb des Klimatisierungskältemittelkreislaufs und das Abzweigungssteuerventil steuert, wobei die Steuereinheit nach einem Übergang in einen Betrieb, bei dem die Kühlung der Fahrgastzelle durch den Klimatisierungskältemittelkreislauf und die Kühlung des Wärme erzeugenden Geräts durch den Kältemittelabzweigungskreislauf parallel durchgeführt werden, das Öffnen und Schließen des Abzweigungssteuerventils entsprechend der aktuellen Kühlleistung des Klimatisierungskältemittelkreislaufs steuert.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Mit der erfindungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage mit diesen Merkmalen kann durch öffnendes und schließendes Steuern des Abzweigungssteuerventils entsprechend der aktuellen Kühlleistung des Klimatisierungskältemittelkreislaufs bei einem Übergang in einen Betriebsmodus, in dem sich der Wärmeaustauschweg des Kältemittels verlängert, ein Absinken der Kühlleistung unterbunden werden. Auf diese Weise kann Unbehagen der Insassen aufgrund eines Absinkens der Kühlleistung ausgeräumt werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine erläuternde Ansicht der Systemkonfiguration einer Fahrzeugklimaanlage einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine erläuternde Ansicht einer Steuereinheit der Fahrzeugklimaanlage;
3 ein Steuerungsblockschaubild bezüglich einer Kompressorsteuerung der Steuereinheit;
4 ein weiteres Steuerungsblockschaubild bezüglich der Kompressorsteuerung der Steuereinheit;
5 ein weiteres Steuerungsblockschaubild bezüglich der Kompressorsteuerung der Steuereinheit;
6 eine erläuternde Ansicht einer Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung der Steuereinheit;
7 eine weitere erläuternde Ansicht der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung der Steuereinheit; und
8 eine erläuternde Ansicht der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung und einer Öffnungs- und Schließsteuerung eines Abzweigungssteuerventils der Steuereinheit.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung verweisen gleiche Bezugszeichen in den unterschiedlichen Figuren auf Teile mit gleicher Funktion, und auf eine wiederholte Beschreibung derselben für die einzelnen Figuren wird der Einfachheit halber verzichtet.
1 zeigt die Systemkonfiguration einer Fahrzeugklimaanlage 1 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einem Beispiel eines Fahrzeugs, auf das die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt wird, handelt es sich um ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug (EV) ohne Verbrennungsmotor (Brennkraftmaschine), das angetrieben wird, indem ein zum Fahren dienender Motor (Elektromotor, nicht dargestellt) mit elektrischer Energie versorgt wird, die in einer im Fahrzeug installierten Batterie 55 gespeichert ist, wobei auch ein nachstehend beschriebener Kompressor 2 der Fahrzeugklimaanlage 1 durch die elektrische Energie von der Batterie 55 angetrieben wird.
Die Fahrzeugklimaanlage 1 führt in dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, in dem ein Heizen mittels Motorabwärme nicht möglich ist, mittels eines Wärmepumpenbetriebs unter Verwendung eines Klimatisierungskältemittelkreislaufs R eine Klimatisierung der Fahrgastzelle und eine Temperaturregulierung (Kühlung) von Wärme erzeugenden Geräten wie etwa der Batterie 55 durch Umschalten zwischen den Betriebsmodi Heizmodus, Entfeuchtungsheizmodus, Entfeuchtungskühlmodus, Kühlmodus, Enteisungsmodus, Modus für Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung, Modus für Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und Batteriekühlungsmodus (allein) durch.
Das Fahrzeug ist nicht auf ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug beschränkt, und die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auch für ein so genanntes Hybridfahrzeug wirksam, das sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen zum Fahren dienenden Motor verwendet. Bei einem Fahrzeug, auf das die gezeigte Fahrzeugklimaanlage 1 angewandt wird, kann die Batterie 55 durch ein externes Ladegerät (Schnellladegerät oder normales Ladegerät) aufgeladen werden. Die Batterie 55, ein zum Fahren dienender Motor, ein diese steuernder Wechselrichter und dergleichen sind jeweils im Fahrzeug installierte Wärme erzeugende Geräte und damit Temperaturregulierungszielobjekte, wobei allerdings die nachfolgende Beschreibung am Beispiel der Batterie 55 erfolgt.
Die Fahrzeugklimaanlage 1 führt die Klimatisierung (Heizung, Kühlung, Entfeuchtung und Lüftung) der Fahrgastzelle des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs durch, und ein elektrisch angetriebener Kompressor 2 zum Verdichten von Kältemittel, ein Wärmeableiter 4, der in einem Luftkanal 3 einer HVAC-Einheit 10, in welchem die Luft in der Fahrgastzelle zirkuliert, bereitgestellt ist, in den über einen Dämpfer 5 und eine Kältemittelleitung 13G aus dem Kompressor 2 abgegebenes Hochdruckkältemittel hoher Temperatur strömt und der bewirkt, dass das Kältemittel Wärme an die Fahrgastzelle abgibt (Wärme aus dem Kältemittel abgeführt wird), ein externes Expansionsventil 6, das durch ein elektrisch angetriebenes Ventil (elektronisches Expansionsventil) gebildet ist, das während des Heizens eine Druckreduzierung und Ausdehnung des Kältemittels bewirkt, ein externer Wärmetauscher 7, der beim Kühlen als Wärmeableiter dient, welcher bewirkt, dass das Kältemittel Wärme abgibt, und beim Heizen als Verdampfer dient, welcher bewirkt, dass das Kältemittel Wärme absorbiert (das Kältemittel Wärme aufnimmt), und einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Außenluft durchführt, ein internes Expansionsventil 8, das durch ein mechanisches Expansionsventil ausgebildet ist, das eine Druckreduzierung und Ausdehnung des Kältemittels bewirkt, eine als Verdampfer dienende Wärmesenke 9, die im Luftkanal 3 vorgesehen ist und beim Kühlen und Entfeuchten bewirkt, dass das Kältemittel von innerhalb und außerhalb der Fahrgastzelle Wärme absorbiert (verdampft), ein Akkumulator 12 und dergleichen sind nacheinander durch eine Kältemittelleitung 13 verbunden und bilden auf diese Weise einen Klimatisierungskältemittelkreislauf R.
Das externe Expansionsventil 6 ermöglicht neben der Druckreduzierung und Ausdehnung des Kältemittels, das aus dem Wärmeableiter 4 in den externen Wärmetauscher 7 strömt, auch eine vollständige Schließung. Das interne Expansionsventil 8, für das ein mechanisches Expansionsventil benutzt wird, stellt neben der Druckreduzierung und Ausdehnung des Kältemittels, das in die Wärmesenke 9 strömt, auch den Überhitzungsgrad des Kältemittels in der Wärmesenke 9 ein.
Am externen Wärmetauscher 7 ist außerdem ein externes Gebläse 15 vorgesehen. Indem das externe Gebläse 15 den externen Wärmetauscher 7 mit Außenluft zwangsbelüftet, bewirkt es einen Wärmeaustausch zwischen der Außenluft und dem Kältemittel, wodurch ein Aufbau vorliegt, bei dem der externe Wärmetauscher 7 bei angehaltenem Fahrzeug (also einer Fahrgeschwindigkeit von 0 km/h) zwangsbelüftet wird.
Der externe Wärmetauscher 7 weist auf der kältemittelstromabwärtigen Seite nacheinander einen Trockenflaschenabschnitt 14 und einen Unterkühlungsabschnitt 16 auf, und eine Kältemittelleitung 13A auf der Kältemittelauslassseite des externen Wärmetauschers 7 ist über ein elektromagnetisches Ventil 17 (zur Kühlung), das als
Öffnungs- und Schließventil dient, welches geöffnet wird, damit Kältemittel zur Wärmesenke 9 strömen kann, mit dem Trockenflaschenabschnitt 14 verbunden, und eine Kältemittelleitung 13B auf der Auslassseite des Unterkühlungsabschnitts 16 ist nacheinander über ein Rückschlagventil 18, das interne Expansionsventil 8 und ein als Wärmesenkenventilvorrichtung dienendes elektromagnetisches Ventil 35 (für die Fahrgastzelle) mit der Kältemitteleinlassseite der Wärmesenke 9 verbunden. Der Trockenflaschenabschnitt 14 und der Unterkühlungsabschnitt 16 sind strukturell als ein Abschnitt des externen Wärmetauschers 7 ausgebildet. Die normale Richtung des Rückschlagventils 18 ist die Richtung des internen Expansionsventils 8. Dabei sind das interne Expansionsventil 8 und das elektromagnetische Ventil 35 beide als Expansionsventil mit elektromagnetischem Ventil ausgebildet.
Die aus dem externen Wärmetauscher 7 tretende Kältemittelleitung 13A verzweigt sich in eine Kältemittelleitung 13D, und die abgezweigte Kältemittelleitung 13D steht über ein elektromagnetisches Ventil 21 (zum Heizen) als Öffnungs- und Schließventil, das beim Heizen geöffnet wird, mit einer Kältemittelleitung 13C auf der Kältemittelauslassseite der Wärmesenke 9 in Verbindung. Die Kältemittelleitung 13C ist mit der Einlassseite des Akkumulators 12 verbunden, und die Auslassseite des Akkumulators 12 ist mit einer Kältemittelleitung 13K auf der Kältemittelansaugseite des Kompressors 2 verbunden.
Mit einer Kältemittelleitung 13E auf der Kältemittelauslassseite des Wärmeableiters 4 ist ein Sieb 19 verbunden, und die Kältemittelleitung 13E verzweigt sich vor dem externen Expansionsventil 6 (kältemittelstromaufwärts) in eine Kältemittelleitung 13J und eine Kältemittelleitung 13F, und die eine abgezweigte Kältemittelleitung 13J ist über das externe Expansionsventil 6 mit der Kältemitteleinlassseite des externen Wärmetauschers 7 verbunden. Die andere abgezweigte Kältemittelleitung 13F steht über ein elektromagnetisches Ventil 22 (zur Entfeuchtung), das als Öffnungs- und Schließventil gebildet ist, welches beim Entfeuchten geöffnet wird, mit der kältemittelstromabwärts des Rückschlagventils 18 und kältemittelstromaufwärts des internen Expansionsventils 8 angeordneten Kältemittelleitung 13B in Verbindung.
Dadurch ist die Kältemittelleitung 13F in Bezug auf die Reihenschaltung des externen Expansionsventils 6, des externen Wärmetauschers 7 und des Rückschlagventils 18 parallel geschaltet und bildet einen Umgehungskreis zum Umgehen des externen Expansionsventils 6, des externen Wärmetauschers 7 und des Rückschlagventils 18. Mit dem externen Expansionsventil 6 ist als Öffnungs- und Schließventil zum Umleiten ein elektromagnetisches Ventil 20 parallel geschaltet.
Im Luftkanal 3 luftstromaufwärts der Wärmesenke 9 sind Ansaugöffnungen als Außenluftansaugöffnung und Innenluftansaugöffnung gebildet (in 1 ist repräsentativ eine Ansaugöffnung 25 gezeigt), wobei in der Ansaugöffnung 25 eine Ansaugumschaltklappe 26 bereitgestellt ist, die bezüglich der in den Luftkanal 3 eingeleiteten Luft zwischen Innenluft von innerhalb der Fahrgastzelle (Innenluftkreislauf) und Außenluft von außerhalb der Fahrgastzelle (Außenlufteinleitung) umschaltet. Luftstromabwärts der Ansaugumschaltklappe 26 ist außerdem ein internes Gebläse (Lüfter) 27 vorgesehen, das dem Luftkanal 3 eingeleitete Innenluft oder Außenluft zuführt.
Die Ausgestaltung ist dabei derart, dass, indem die Ansaugumschaltklappe 26 die Außenluftansaugöffnung und die Innenluftansaugöffnung der Ansaugöffnungen 25 in einem beliebigen Maß öffnet oder schließt, der Anteil von Innenluft an der Luft (Außenluft und Innenluft) im Luftkanal 3, die in die Wärmesenke 9 strömt, zwischen 0 und 100 % angepasst werden kann (und auch der Anteil der Außenluft ist zwischen 0 und 100 % anpassbar).
Blasluftabwärts (luftstromabwärts) des Wärmeableiters 4 ist im Luftkanal 3 eine Hilfsheizeinrichtung 23 vorgesehen, die als Hilfserwärmungsvorrichtung dient, welche hier durch eine PTC-Heizeinrichtung (elektrische Heizeinrichtung) gebildet ist, und die eine Erwärmung der Luft ermöglicht, die der Fahrgastzelle über den Wärmeableiter 4 zugeführt wird. Luftstromaufwärts des Wärmeableiters 4 ist im Luftkanal 3 eine Luftmischungsklappe 28 vorgesehen, die den Anteil einstellt, mit dem Luft (Innenluft oder Außenluft) im Luftkanal 3, die in den Luftkanal 3 und durch die Wärmesenke 9 geströmt ist, den Wärmeableiter 4 und die Hilfsheizeinrichtung 23 belüftet.
Außerdem sind luftstromabwärts des Wärmeableiters 4 im Luftkanal 3 Ausblasöffnungen FOOT (Fuß), VENT (Lüftung) und DEF (Def.) gebildet (in 1 repräsentativ als Ausblasöffnung 29 gezeigt), und an den Ausblasöffnungen 29 ist eine Ausblasumschaltklappe 31 vorgesehen, die eine Umschaltsteuerung des Ausblasens der Luft aus den Ausblasöffnungen durchführt.
Die Fahrzeugklimaanlage 1 umfasst außerdem einen Kältemittelabzweigungskreislauf Rd, der von dem Klimatisierungskältemittelkreislauf R abzweigt und eine Kühlung eines Wärme erzeugenden Geräts (hier als Beispiel der Batterie 55) durchführt.
Der Kältemittelabzweigungskreislauf Rd ist mittels einer Abzweigungsleitung 67 und einer Kältemittelleitung 71 mit dem Klimatisierungskältemittelkreislauf R in Reihe geschaltet. Ein Ende der Abzweigungsleitung 67 ist kältemittelstromabwärts eines Verbindungsabschnitts zwischen der Kältemittelleitung 13F und der Kältemittelleitung 13B des Kältemittelkreislaufs R mit der kältemittelstromaufwärts des internen Expansionsventils 8 liegenden Kältemittelleitung 13B verbunden. An der Abzweigungsleitung 67 sind der Reihe nach ein als mechanisches Expansionsventil (beispielsweise ein mechanisches Überhitzerventil) ausgebildetes Hilfsexpansionsventil 68 und ein elektromagnetisches Ventil (für den Kühler) 69 bereitgestellt, wodurch ein Abzweigungssteuerventil 60 ausgebildet wird. Das Hilfsexpansionsventil 68 bewirkt dabei eine Druckreduzierung und Ausdehnung des in einem nachstehend beschriebenen Kältemittelströmungsweg 64B eines Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 strömenden Kältemittels und reguliert die Erwärmungstemperatur des Kältemittels in dem Kältemittelströmungsweg 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64.
Das andere Ende der Abzweigungsleitung 67 ist mit dem Kältemittelströmungsweg 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 verbunden, und mit dem Auslass des Kältemittelströmungswegs 64B ist ein Ende der Kältemittelleitung 71 verbunden, während das andere Ende der Kältemittelleitung 71 kältemittelstromaufwärts des Vereinigungspunkts mit der Kältemittelleitung 13D (kältemittelstromaufwärts des Akkumulators 12) und mit der Kältemittelleitung 13C verbunden ist.
Wenn an dem Kältemittelabzweigungskreislauf Rd das Abzweigungssteuerventil 60 geöffnet wird und Kältemittel in den Kältemittelabzweigungskreislauf Rd strömt, verlängert sich der Wärmeaustauschweg des Kältemittels, und die Kühlung der Fahrgastzelle durch den Klimatisierungskältemittelkreislauf R und die Kühlung des Wärme erzeugenden Geräts durch den Kältemittelabzweigungskreislauf Rd werden parallel durchgeführt.
Wenn das elektromagnetische Ventil 69 des Abzweigungssteuerventils 60 geöffnet ist, strömt Kältemittel (ein Teil des Kältemittels oder das gesamte Kältemittel) aus dem externen Wärmetauscher 7 in die Abzweigungsleitung 67, und nach einer Druckreduzierung durch das Hilfsexpansionsventil 68 strömt es über das elektromagnetische Ventil 69 in den Kältemittelströmungsweg 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 und verdampft. Während das Kältemittel im Kältemittelströmungsweg 64B strömt, absorbiert es Wärme aus dem im Wärmeträgerströmungsweg 64A strömenden Wärmeträger und wird dann über die Kältemittelleitung 71, die Kältemittelleitung 13C und den Akkumulator 12 aus der Kältemittelleitung 13K in den Kompressor 2 gesaugt.
Die Temperaturregulierung (Kühlung) der das Wärme erzeugende Gerät darstellenden Batterie 55 erfolgt in dem veranschaulichten Beispiel durch einen Wärmeträgerkreislauf 61, der den Wärmeträger (Kühlwasser) zirkulieren lässt. Bei dem Wärmeträgerkreislauf 61 ist eine Wärmeträgerleitung 66 mit dem Wärmeträgerströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 verbunden, und der durch den Wärmeträgerströmungsweg 64A strömende Wärmeträger erfährt einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittel mit dem im Kältemittelabzweigungskreislauf Rd strömenden Kältemittel. Im veranschaulichten Beispiel umfasst der Wärmeträgerkreislauf 61 eine Zirkulationspumpe 62 und eine Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63.
Als der im Wärmeträgerkreislauf 1 strömende Wärmeträger kann beispielsweise Wasser, ein Kältemittel wie etwa HFO-1234yf oder eine Flüssigkeit wie Kühlmittel oder dergleichen verwendet werden. Hier erfolgt der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeträger im Wärmeträgerkreislauf 1 und dem Kältemittel im Kältemittelabzweigungskreislauf Rd, um die das Wärme erzeugende Gerät darstellende Batterie 55 zu kühlen, doch liegt in dieser Hinsicht keine Einschränkung vor, und das Wärme erzeugende Gerät kann auch unmittelbar mit dem Kältemittel des Kältemittelabzweigungskreislaufs Rd gekühlt werden.
2 zeigt ein Blockschaubild der Steuereinheit 11 der Fahrzeugklimaanlage 1. Die Steuereinheit 11 ist durch einen Klimatisierungs-Controller 45 und einen Wärmepumpen-Controller 32 ausgebildet, die jeweils durch einen Mikrocomputer ausgebildet sind, bei dem es sich um ein Beispiel für einen Computer handelt, und mit einem Fahrzeugkommunikationsbus 65 verbunden sind, der ein CAN (Controller Area Network) oder LIN (Local Interconnect Network) ausbildet. Auch der Kompressor 2 und die Hilfsheizeinrichtung 23 sowie die Zirkulationspumpe 62 und die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 sind mit dem Fahrzeugkommunikationsbus 65 verbunden, und der Klimatisierungs-Controller 45, der Wärmepumpen-Controller 32, der Kompressor 2, die Hilfsheizeinrichtung 23, die Zirkulationspumpe 62 und die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 sind derart ausgebildet, dass sie über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 Daten austauschen.
Ein Fahrzeug-Controller 72 (ECU) zum Regeln der allgemeinen Fahrzeugsteuerung einschließlich des Fahrens, ein Batterie-Controller (BMS: Batteriemanagementsystem) 73 zum Regeln der Steuerung des Auf- und Entladens der Batterie 55 und eine GPS-Navigationsvorrichtung 74 sind mit einem Fahrzeugkommunikationsbus 65 verbunden. Der Fahrzeug-Controller 72, der Batterie-Controller 73 und die GPS-Navigationsvorrichtung 74 sind durch einen Mikrocomputer ausgebildet, bei dem es sich um ein Beispiel für einen mit Prozessor ausgestatteten Computer handelt, und der Klimatisierungs-Controller 45 und der Wärmepumpen-Controller 32, welche die Steuereinheit 11 ausbilden, sind derart konfiguriert, dass sie über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 Informationen (Daten) mit dem Fahrzeug-Controller 72, dem Batterie-Controller 73 und der GPS-Navigationsvorrichtung 74 austauschen können.
Bei dem Klimatisierungs-Controller 45 handelt es sich um einen übergeordneten Controller, der die Steuerung der Fahrgastzellenklimatisierung des Fahrzeugs regelt, und mit dem Eingang des Klimatisierungs-Controllers 45 sind ein Außenlufttemperatursensor 33, der eine Fahrzeugaußenlufttemperatur Tam erfasst, ein Außenluftfeuchtigkeitssensor 34 zum Erfassen der Außenluftfeuchtigkeit, ein Klimaanlagenansaugtemperatursensor 36, der eine Temperatur von Luft erfasst, die durch die Ansaugöffnung 25 in den Luftkanal 3 gesaugt wird und in die Wärmesenke 9 strömt, ein Innenlufttemperatursensor 37, der eine Temperatur der Luft in der Fahrgastzelle (Innenluft) erfasst, ein Innenluftfeuchtigkeitssensor 38, der die Feuchtigkeit der Luft in der Fahrgastzelle erfasst, ein interner CO₂-Konzentrationssensor 39, der eine Konzentration von Kohlendioxid in der Fahrgastzelle erfasst, ein Ausblastemperatursensor 41, der eine Temperatur der in die Fahrgastzelle ausgeblasenen Luft erfasst, ein Lichteinfallssensor 51 etwa des Fotosensortyps, der die in die Fahrgastzelle einfallende Lichteinfallmenge erfasst, verschiedene Ausgänge von Fahrgeschwindigkeitssensoren 52, die die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (Fahrzeuggeschwindigkeit VSP) erfassen, und ein Klimaregelungsabschnitt 53 verbunden, der Klimatisierungseinstellbedienung der Fahrgastzelle wie etwa Umschaltungen der Einstelltemperatur der Fahrgastzelle, eines Betriebsmodus und dergleichen und Informationsanzeigen durchführt. An dem Klimaregelungsabschnitt 53 ist nach Bedarf als eine Anzeigeausgabevorrichtung ein Display 53A bereitgestellt.
Mit dem Ausgang des Klimatisierungs-Controllers 45 sind das externe Gebläse 15, das interne Gebläse (Lüfter) 27, die Ansaugumschaltklappe 26, die Luftmischungsklappe 28 und die Ausblasumschaltklappe 31 verbunden und werden durch den Klimatisierungs-Controller 45 gesteuert.
Der Wärmepumpen-Controller 32 führt hauptsächlich eine Betriebssteuerung des Klimatisierungskältemittelkreislaufs R und eine Steuerung des Abzweigungssteuerventils 60 im Kältemittelabzweigungskreislauf Rd durch. Mit dem Eingang des Wärmepumpen-Controllers 32 sind die Ausgänge eines Wärmeableitereinlasstemperatursensors 43 zum Erfassen der Kältemitteleinlasstemperatur Tcxin des Wärmeableiters 4 (die auch die Kältemittelabgabetemperatur des Kompressors 2 ist), eines Wärmeableiterauslasstemperatursensors 44 zum Erfassen der Kältemittelauslasstemperatur Tci des Wärmeableiters 4, eines Ansaugtemperatursensors 46 zum Erfassen der Kältemittelansaugtemperatur Ts des Kompressors 2, eines Wärmeableiterdrucksensors 47 zum Erfassen des Kältemitteldrucks auf der Kältemittelauslassseite des Wärmeableiters 4 (Druck des Wärmeableiters 4: Wärmeableiterdruck Pci), eines Wärmesenkentemperatursensors 48 zum Erfassen der Temperatur der Wärmesenke 9 (Kältemitteltemperatur der Wärmesenke 9: Wärmesenkentemperatur Te), eines Wärmetauschertemperatursensors 49 zum Erfassen der Kältemitteltemperatur am Auslass des externen Wärmetauschers 7 (Kältemittelverdampfungstemperatur des externen Wärmetauschers 7: Temperatur TXO des externen Wärmetauschers) und von Hilfsheizeinrichtungstemperatursensoren 50A (Fahrersitzseite) und 50B (Beifahrersitzseite) zum Erfassen der Temperatur der Hilfsheizeinrichtung 23 verbunden.
Mit dem Ausgang des Wärmepumpen-Controllers 32 sind das externe Expansionsventil 6 und die verschiedenen elektromagnetischen Ventile wie das elektromagnetische Ventil 22 (zum Entfeuchten), das elektromagnetische Ventil 17 (zum Kühlen), das elektromagnetische Ventil 21 (zum Heizen), das elektromagnetische Ventil 20 (zum Umleiten), das elektromagnetische Ventil 35 (für die Fahrgastzelle) und das als das Abzweigungssteuerventil 60 dienende elektromagnetische Ventil 69 (für den Kühler) verbunden und werden durch den Wärmepumpen-Controller 32 gesteuert. Im Kompressor 2, in der Hilfsheizeinrichtung 23, in der Zirkulationspumpe 62 und in der Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 ist dabei jeweils ein Controller untergebracht, wobei die Controller des Kompressors 2, der Hilfsheizeinrichtung 23, der Zirkulationspumpe 62 und der Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 Daten mit dem Wärmepumpen-Controller 32 austauschen und durch den Wärmepumpen-Controller 32 gesteuert werden.
Die Zirkulationspumpe 62 des Wärmeträgerkreislaufs 61 und die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 können auch durch den Batterie-Controller 73 gesteuert werden. Mit dem Batterie-Controller 73 sind die Ausgänge eines Wärmeträgertemperatursensors 76 zum Erfassen der Temperatur des Wärmeträgers auf der Auslassseite des Wärmeträgerströmungswegs 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 des Wärmeträgerkreislaufs 61 (Wärmeträgertemperatur Tw) und eines Batterietemperatursensors 77 zum Erfassen der Temperatur der Batterie 55 (Temperatur der Batterie 55 selbst: Batterietemperatur Tcell) verbunden. Informationen zur Restladung (gespeicherten Strommenge) der Batterie 55 und zur Aufladung der Batterie 55 (Information, dass eine Aufladung im Gange ist, Information, dass die Aufladung abgeschlossen ist, verbleibende Aufladungsdauer usw.), die Wärmeträgertemperatur Tw, die Batterietemperatur Tcell, die Wärmeerzeugungsmenge der Batterie 55 (durch den Batterie-Controller 73 aus der Stromzufuhrmenge und dergleichen berechnet) und dergleichen werden vom Batterie-Controller 73 über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 an den Wärmepumpen-Controller 32, den Klimatisierungs-Controller 45 und den Fahrzeug-Controller 72 gesendet. Informationen zum Abschluss der Aufladung oder zur verbleibenden Aufladungsdauer beim Aufladen der Batterie 55 sind Informationen, die von dem externen Ladegerät wie etwa dem Schnellladegerät oder dergleichen zugeführt werden. Außerdem wird vom Fahrzeug-Controller 72 die Ausgangsleistung Mpower des zum Fahren dienenden Motors an den Wärmepumpen-Controller 32 und den Klimatisierungs-Controller 45 gesendet.
Der Wärmepumpen-Controller 32 und der Klimatisierungs-Controller 45 tauschen über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 Daten miteinander aus und steuern auf Grundlage der Ausgänge der verschiedenen Sensoren und der in den Klimaregelungsabschnitt 53 eingegebenen Einstellungen die verschiedenen Geräte, wobei die Ausgestaltung derart ist, dass die Ausgänge des Außenlufttemperatursensors 33, des Außenluftfeuchtigkeitssensors 34, des Klimaanlagenansaugtemperatursensors 36, des Innenlufttemperatursensors 37, des Innenluftfeuchtigkeitssensors 38, des CO₂-Konzentrationssensors 39, des Ausblastemperatursensors 41, des Lichteinfallssensors 51, des Fahrgeschwindigkeitssensors 52, der Blasluftmenge Ga der Luft, die in den Luftkanal 3 und durch den Luftkanal 3 strömt (berechnet durch den Klimatisierungs-Controller 45), des durch die Luftmischungsklappe 28 bewirkten Blasluftanteils SW (berechnet durch den Klimatisierungs-Controller 45), der Spannung (BLV) des internen Gebläses 27, der Informationen von dem erwähnten Batterie-Controller 73, der Informationen von der GPS-Navigationsvorrichtung 74 und des Klimaregelungsabschnitts 53 vom Klimatisierungs-Controller 45 über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 an den Wärmepumpen-Controller 32 gesendet und für die Steuerung durch den Wärmepumpen-Controller 32 bereitgestellt werden.
Der Wärmepumpen-Controller 32 sendet außerdem Daten (Informationen) zur Steuerung des Klimatisierungskältemittelkreislaufs R über den Fahrzeugkommunikationsbus 65 an den Klimatisierungs-Controller 45. Der durch die Luftmischungsklappe 28 bewirkte Blasluftanteil SW wird durch den Klimatisierungs-Controller 45 innerhalb eines Bereichs von 0 ≤ SW ≤ 1 berechnet. Wenn SW = 1, so wird durch die Luftmischungsklappe 28 die gesamte durch die Wärmesenke 9 getretene Luft zum Wärmeableiter 4 und zur Hilfsheizeinrichtung 23 geblasen.
Es folgt die Beschreibung eines Betriebsbeispiels der Fahrzeugklimaanlage 1. Dabei schaltet die Steuereinheit 11 (Klimatisierungs-Controller 45, Wärmepumpen-Controller 32, Batterie-Controller 73) zwischen den Klimatisierungsbetriebsarten Heizmodus, Entfeuchtungsheizmodus, Entfeuchtungskühlmodus, Kühlmodus und Modus für Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung, den Batteriekühlungsbetriebsarten Modus für Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und Batteriekühlungsmodus (allein) und dem Enteisungsmodus um.
Die Klimatisierungsbetriebsarten Heizmodus, Entfeuchtungsheizmodus, Entfeuchtungskühlmodus, Kühlmodus und Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung werden ausgeführt, wenn die Batterie 55 nicht aufgeladen wird, die Zündung (IGN) eingeschaltet ist und ein Klimatisierungsschalter des Klimaregelungsabschnitts 53 eingeschaltet ist. Beim ferngesteuerten Betrieb (Vorklimatisierung usw.) werden sie auch bei ausgeschalteter Zündung ausgeführt. Auch während der Aufladung der Batterie 55 werden sie ausgeführt, wenn keine Batteriekühlungsanforderung vorliegt und der Klimatisierungsschalter eingeschaltet ist. Die Batteriekühlungsbetriebsarten Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und Batteriekühlungsmodus (allein) dagegen werden ausgeführt, wenn beispielsweise ein Stecker an ein Schnellladegerät (externe Stromquelle) angeschlossen ist und die Batterie 55 aufgeladen wird. Allerdings wird der Batteriekühlungsmodus (allein) auch dann ausgeführt, wenn die Batterie 55 nicht aufgeladen wird, der Klimatisierungsschalter ausgeschaltet ist und eine Batteriekühlungsanforderung vorliegt (beim Fahren bei hoher Außenlufttemperatur usw.).
Wenn die Zündung eingeschaltet ist, oder auch wenn die Zündung ausgeschaltet ist, aber die Batterie 55 aufgeladen wird, betreibt der Wärmepumpen-Controller 32 die Zirkulationspumpe 62 des Wärmeträgerkreislaufs 61 und lässt den Wärmeträger in der Wärmeträgerleitung 66 zirkulieren.
(1) Heizmodus
Zunächst wird der Heizmodus beschrieben. Die Steuerung der einzelnen Geräte wird durch die Steuereinheit 11 (Zusammenwirken von Wärmepumpen-Controller 32 und Klimatisierungs-Controller 45) ausgeführt, doch der Einfachheit halber erfolgt die untenstehende Beschreibung mit dem Wärmepumpen-Controller 32 als Steuerungssubjekt. Wenn durch den Wärmepumpen-Controller 32 (Automatikmodus) oder durch manuelle Klimatisierungseinstellbedienung mit dem Klimaregelungsabschnitt 53 des Klimatisierungs-Controllers 45 (manueller Modus) der Heizmodus ausgewählt wird, so öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 21 und schließt das elektromagnetische Ventil 17, das elektromagnetische Ventil 20, das elektromagnetische Ventil 22, das elektromagnetische Ventil 35 und das elektromagnetische Ventil 69. Dann werden der Kompressor 2 und die Gebläse 15, 27 betrieben und die Luftmischungsklappe 28 passt den Anteil der aus dem internen Gebläse 27 zum Wärmeableiter 4 und zur Hilfsheizeinrichtung 23 geblasenen Luft an.
Dadurch strömt aus dem Kompressor 2 abgegebenes gasförmiges Hochdruckkältemittel hoher Temperatur in den Wärmeableiter 4. Da die Luft im Luftkanal 3 zum Wärmeableiter 4 geblasen wird, erfährt die Luft im Luftkanal 3 einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittel hoher Temperatur im Wärmeableiter 4 und wird erwärmt. Das Kältemittel im Wärmeableiter 4 hingegen verliert Wärme und wird abgekühlt, kondensiert und verflüssigt sich.
Das Kältemittel, das sich im Wärmeableiter 4 verflüssigt hat, tritt aus dem Wärmeableiter 4 aus und gelangt über die Kältemittelleitungen 13E, 13J zum externen Expansionsventil 6. Das in das externe Expansionsventil 6 geströmte Kältemittel erfährt dort eine Druckreduzierung und strömt in den externen Wärmetauscher 7. Das in den externen Wärmetauscher 7 geströmte Kältemittel verdampft und nimmt aus durch das Fahren oder durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft Wärme auf (Wärmeabsorption). Das abgekühlte Kältemittel strömt aus dem externen Wärmetauscher 7 über die Kältemittelleitung 13A und die Kältemittelleitung 13D sowie das elektromagnetische Ventil 21 zur Kältemittelleitung 13C und ferner durch die Kältemittelleitung 13C in den Akkumulator 12, wo eine Gas-Flüssigkeit-Abscheidung erfolgt, woraufhin das gasförmige Kältemittel aus der Kältemittelleitung 13K in den Kompressor 2 gesaugt wird; diese Zirkulation wiederholt sich. Die am Wärmeableiter 4 erwärmte Luft wird durch die Ausblasöffnung 29 ausgeblasen, wodurch die Fahrgastzelle beheizt wird.
Der Wärmepumpen-Controller 32 berechnet aus der nachstehend beschriebenen Heizeinrichtungssolltemperatur TCO (Solltemperatur des Wärmeableiters 4), die aus der Ausblassolltemperatur TAO berechnet wird, die die Solltemperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft ist (Temperatursollwert der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft), den Wärmeableitersolldruck PCO und steuert auf Grundlage des Wärmeableitersolldrucks PCO und des durch den Wärmeableiterdrucksensor 47 ausgegebenen Wärmeableiterdrucks Pci (Hochdruck des Kältemittelkreislaufs R) die Drehzahl des Kompressors 2, auf Grundlage der durch den Wärmeableiterauslasstemperatursensor 44 erfassten Kältemittelauslasstemperatur Tci des Wärmeableiters 4 und des durch den Wärmeableiterdrucksensor 47 erfassten Wärmeableiterdrucks Pci den Öffnungsgrad des externen Expansionsventils 6 sowie das Überkühlungsmaß des Kältemittels am Auslass des Wärmeableiters 4.
Wenn die durch den Wärmeableiter 4 bewirkte Heizleistung (Erwärmungsleistung) in Bezug auf die erforderliche Heizleistung unzureichend ist, gleicht der Wärmepumpen-Controller 32 diesen Mangel durch Wärmeerzeugung mittels der Hilfsheizeinrichtung 23 aus. So kann auch bei niedriger Außenlufttemperatur oder dergleichen die Fahrgastzelle problemlos geheizt werden.
(2) Entfeuchtungsheizmodus
Als Nächstes wird der Entfeuchtungsheizmodus beschrieben. Im Entfeuchtungsheizmodus öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 21, das elektromagnetische Ventil 22 und das elektromagnetische Ventil 35 und schließt das elektromagnetische Ventil 17, das elektromagnetische Ventil 20 und das elektromagnetische Ventil 69. Dann werden der Kompressor 2 und die Gebläse 15, 27 betrieben und die Luftmischungsklappe 28 passt den Anteil der aus dem internen Gebläse 27 zum Wärmeableiter 4 und zur Hilfsheizeinrichtung 23 geblasenen Luft an.
Dadurch strömt aus dem Kompressor 2 abgegebenes gasförmiges Hochdruckkältemittel hoher Temperatur in den Wärmeableiter 4. Da die Luft im Luftkanal 3 zum Wärmeableiter 4 geblasen wird, erfährt die Luft im Luftkanal 3 einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittel hoher Temperatur im Wärmeableiter 4 und wird erwärmt. Das Kältemittel im Wärmeableiter 4 hingegen verliert Wärme und wird abgekühlt, kondensiert und verflüssigt sich.
Das Kältemittel, das sich im Wärmeableiter 4 verflüssigt hat, tritt aus dem Wärmeableiter 4 aus, und ein Teil davon strömt über die Kältemittelleitung 13E in die Kältemittelleitung 13J und erreicht das externe Expansionsventil 6. Das in das externe Expansionsventil 6 geströmte Kältemittel erfährt dort eine Druckreduzierung und strömt in den externen Wärmetauscher 7. Das in den externen Wärmetauscher 7 geströmte Kältemittel verdampft und nimmt aus durch das Fahren oder durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft Wärme auf (Wärmeabsorption). Das abgekühlte Kältemittel strömt aus dem externen Wärmetauscher 7 über die Kältemittelleitung 13A und die Kältemittelleitung 13D sowie das elektromagnetische Ventil 21 zur Kältemittelleitung 13C und durch die Kältemittelleitung 13C in den Akkumulator 12, wo eine Gas-Flüssigkeit-Abscheidung erfolgt, woraufhin das gasförmige Kältemittel aus der Kältemittelleitung 13K in den Kompressor 2 gesaugt wird; diese Zirkulation wiederholt sich.
Das übrige kondensierte Kältemittel, das über den Wärmeableiter 4 in die Kältemittelleitung 13E strömt, wird abgezweigt, und das abgezweigte Kältemittel strömt über das elektromagnetische Ventil 22 in die Kältemittelleitung 13F und gelangt in die Kältemittelleitung 13B. Dann gelangt das Kältemittel in das interne Expansionsventil 8, erfährt in dem internen Expansionsventil 8 eine Druckreduzierung und strömt dann über das elektromagnetische Ventil 35 in die Wärmesenke 9 und verdampft. Durch die Wärmeabsorptionswirkung des Kältemittels in der Wärmesenke 9 kondensiert dabei der Wasseranteil in der aus dem internen Gebläse 27 geblasenen Luft an der Wärmesenke 9 und haftet daran an, wodurch die Luft gekühlt und entfeuchtet wird.
Das in der Wärmesenke 9 verdampfte Kältemittel tritt in die Kältemittelleitung 13C ein und wird mit dem Kältemittel aus der Kältemittelleitung 13D (Kältemittel vom externen Wärmetauscher 7) vereint, woraufhin es durch den Kompressor 2 über den Akkumulator 12 aus der Kältemittelleitung 13K angesaugt wird und sich der Kreislauf wiederholt. Die in der Wärmesenke 9 entfeuchtete Luft wird auf ihrem Weg durch den Wärmeableiter 4 und die Hilfsheizeinrichtung 23 (im Falle einer Wärmeerzeugung derselben) erneut erwärmt, wodurch ein entfeuchtendes Heizen der Fahrgastzelle erfolgt.
Der Wärmepumpen-Controller 32 steuert dabei auf Grundlage des aus der Heizeinrichtungssolltemperatur TCO berechneten Wärmeableitersolldrucks PCO und des durch den Wärmeableiterdrucksensor 47 erfassten Wärmeableiterdrucks Pci (Hochdruck des Kältemittelkreislaufs R) die Drehzahl des Kompressors 2 oder auf Grundlage der durch den Wärmesenkentemperatursensor 48 erfassten Temperatur der Wärmesenke 9 (Wärmesenkentemperatur Te) und ihres Sollwerts, der Wärmesenkensolltemperatur TEO, die Drehzahl des Kompressors 2. Dabei wählt der Wärmepumpen-Controller 32 die niedrigere der anhand der Errechnung des Wärmeableiterdrucks Pci und der Wärmesenkentemperatur Te erlangten Kompressorsolldrehzahlen (die niedrigere von TGNCh und TGNCc, die nachstehend beschrieben werden) und steuert den Kompressor 2. Außerdem steuert er auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te den Öffnungsgrad des externen Expansionsventils 6.
Wenn die durch den Wärmeableiter 4 bewirkte Heizleistung (Erwärmungsleistung) in Bezug auf die erforderliche Heizleistung unzureichend ist, gleicht der Wärmepumpen-Controller 32 diesen Mangel auch in diesem Entfeuchtungsheizmodus durch Wärmeerzeugung mittels der Hilfsheizeinrichtung 23 aus. So kann auch bei niedriger Außenlufttemperatur oder dergleichen die Fahrgastzelle problemlos entfeuchtend geheizt werden.
(3) Entfeuchtungskühlmodus
Als Nächstes wird der Entfeuchtungskühlmodus beschrieben. Im Entfeuchtungskühlmodus öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 17 und das elektromagnetische Ventil 35 und schließt das elektromagnetische Ventil 20, das elektromagnetische Ventil 21, das elektromagnetische Ventil 22 und das elektromagnetische Ventil 69. Dann werden der Kompressor 2 und die Gebläse 15, 27 betrieben und die Luftmischungsklappe 28 passt den Anteil der aus dem internen Gebläse 27 zum Wärmeableiter 4 und zur Hilfsheizeinrichtung 23 geblasenen Luft an.
Dadurch strömt aus dem Kompressor 2 abgegebenes gasförmiges Hochdruckkältemittel hoher Temperatur in den Wärmeableiter 4. Da die Luft im Luftkanal 3 zum Wärmeableiter 4 geblasen wird, erfährt die Luft im Luftkanal 3 einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittel hoher Temperatur im Wärmeableiter 4 und wird erwärmt. Das Kältemittel im Wärmeableiter 4 hingegen verliert Wärme und wird abgekühlt, kondensiert und verflüssigt sich.
Das aus dem Wärmeableiter 4 getretene Kältemittel gelangt über die Kältemittelleitungen 13E, 13J in das externe Expansionsventil 6 und strömt über das im Verhältnis zum Heizmodus und zum Entfeuchtungsheizmodus etwas weiter öffnend (einen größeren Öffnungsbereich aufweisend) gesteuerte externe Expansionsventil 6 in den externen Wärmetauscher 7. Das in den externen Wärmetauscher 7 geströmte Kältemittel wird dort mit durch das Fahren oder durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft gekühlt und kondensiert. Das aus dem externen Wärmetauscher 7 getretene Kältemittel strömt über die Kältemittelleitung 13A, das elektromagnetische Ventil 17, den Trockenflaschenabschnitt 14 und den Unterkühlungsabschnitt 16 in die Kältemittelleitung 13B und gelangt über das Rückschlagventil 18 in das interne Expansionsventil 8. Im internen Expansionsventil 8 erfährt das Kältemittel eine Druckreduzierung und strömt dann über das elektromagnetische Ventil 35 in die Wärmesenke 9 und verdampft. Durch die Wärmeabsorptionswirkung des Kältemittels kondensiert der Wasseranteil in der aus dem internen Gebläse 27 geblasenen Luft an der Wärmesenke 9 und haftet daran an, wodurch die Luft gekühlt und entfeuchtet wird.
Das an der Wärmesenke 9 verdampfte Kältemittel gelangt über die Kältemittelleitung 13C in den Akkumulator 12 und wird von dort aus der Kältemittelleitung 13K durch den Kompressor 2 angesaugt; diese Zirkulation wiederholt sich. Die in der Wärmesenke 9 gekühlte und entfeuchtete Luft wird auf ihrem Weg durch den Wärmeableiter 4 und die Hilfsheizeinrichtung 23 (im Falle einer Wärmeerzeugung derselben) erneut erwärmt (wobei die Erwärmungsleistung niedriger als beim entfeuchtenden Heizen ist), wodurch ein entfeuchtendes Kühlen der Fahrgastzelle erfolgt.
Der Wärmepumpen-Controller 32 steuert auf Grundlage der durch den Wärmesenkentemperatursensor 48 erfassten Temperatur der Wärmesenke 9 (Wärmesenkentemperatur Te) und der Wärmesenkensolltemperatur TEO, die die Solltemperatur der Wärmesenke 9 (Sollwert der Wärmesenkentemperatur Te) ist, die Drehzahl des Kompressors 2 derart, dass die Wärmesenkentemperatur Te die Wärmesenkensolltemperatur TEO erreicht, und steuert auf Grundlage des vom Wärmeableiterdrucksensor 47 ausgegebenen Wärmeableiterdrucks Pci (Hochdruck des Kältemittelkreislaufs R) und des Wärmeableitersolldrucks PCO (Sollwert des Wärmeableiterdrucks Pci) den Öffnungsgrad des externen Expansionsventils 6 derart, dass der Wärmeableiterdruck Pci den Wärmeableitersolldruck PCO erreicht, und erzielt so das erforderliche Wiedererwärmungsmaß (Wiedererwärmungsmenge) durch den Wärmeableiter 4.
Wenn die durch den Wärmeableiter 4 bewirkte Heizleistung (Wiedererwärmungsleistung) in Bezug auf die erforderliche Heizleistung unzureichend ist, gleicht der Wärmepumpen-Controller 32 diesen Mangel auch in diesem Entfeuchtungskühlmodus durch Wärmeerzeugung mittels der Hilfsheizeinrichtung 23 aus. Dadurch ist eine entfeuchtende Kühlung möglich, ohne die Temperatur der Fahrgastzelle zu weit abzusenken.
(4) Kühlmodus (Klimatisierungsmodus (allein))
Als Nächstes wird der Kühlmodus beschrieben. Im Kühlmodus öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 17, das elektromagnetische Ventil 20 und das elektromagnetische Ventil 35 und schließt das elektromagnetische Ventil 21, das elektromagnetische Ventil 22 und das elektromagnetische Ventil 69. Dann werden der Kompressor 2 und die Gebläse 15, 27 betrieben und die Luftmischungsklappe 28 passt den Anteil der aus dem internen Gebläse 27 zum Wärmeableiter 4 und zur Hilfsheizeinrichtung 23 geblasenen Luft an. Die Stromversorgung der Hilfsheizeinrichtung 23 wird dabei nicht eingeschaltet.
Dadurch strömt aus dem Kompressor 2 abgegebenes gasförmiges Hochdruckkältemittel hoher Temperatur in den Wärmeableiter 4. Zwar bläst Luft im Luftkanal 3 zum Wärmeableiter 4, doch da ihr Anteil gering ist (ausschließlich zur Wiedererwärmung während des Kühlens), passiert sie ihn im Wesentlichen nur, und das aus dem Wärmeableiter 4 getretene Kältemittel gelangt über die Kältemittelleitung 13E in die Kältemittelleitung 13J. Da das elektromagnetische Ventil 20 geöffnet ist, tritt das Kältemittel durch das elektromagnetische Ventil 20 und strömt weiter in den externen Wärmetauscher 7 und wird dort mit durch das Fahren oder durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft gekühlt, kondensiert und verflüssigt.
Das aus dem externen Wärmetauscher 7 getretene Kältemittel strömt über die Kältemittelleitung 13A, das elektromagnetische Ventil 17, den Trockenflaschenabschnitt 14 und den Unterkühlungsabschnitt 16 in die Kältemittelleitung 13B und gelangt über das Rückschlagventil 18 in das interne Expansionsventil 8. Im internen Expansionsventil 8 erfährt das Kältemittel eine Druckreduzierung und strömt dann über das elektromagnetische Ventil 35 in die Wärmesenke 9 und verdampft. Durch die Wärmeabsorptionswirkung des Kältemittels wird die aus dem internen Gebläse 27 geblasene Luft, die einen Wärmeaustausch mit der Wärmesenke 9 erfährt, gekühlt.
Das an der Wärmesenke 9 verdampfte Kältemittel gelangt über die Kältemittelleitung 13C zum Akkumulator 12 und wird von dort über die Kältemittelleitung 13K durch den Kompressor 2 angesaugt; diese Zirkulation wiederholt sich. Die in der Wärmesenke 9 gekühlte Luft wird aus der Ausblasöffnung 29 in die Fahrgastzelle geblasen, wodurch die Fahrgastzelle gekühlt wird. Im Kühlmodus steuert der Wärmepumpen-Controller 32 auf Grundlage der vom Wärmesenkentemperatursensor 48 ausgegebenen Temperatur der Wärmesenke 9 (Wärmesenkentemperatur Te) die Drehzahl des Kompressors 2.
(5) Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung (Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung)
Als Nächstes wird der Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung beschrieben. Im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 17, das elektromagnetische Ventil 20, das elektromagnetische Ventil 35 und das elektromagnetische Ventil 69 und schließt das elektromagnetische Ventil 21 und das elektromagnetische Ventil 22.
Dann werden der Kompressor 2 und die Gebläse 15, 27 betrieben und die Luftmischungsklappe 28 reguliert den Anteil der aus dem internen Gebläse 27 zum Wärmeableiter 4 und zur Hilfsheizeinrichtung 23 geblasenen Luft. In diesem Betriebsmodus wird die Stromversorgung der Hilfsheizeinrichtung 23 nicht eingeschaltet. Auch die Stromversorgung der Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 wird dabei nicht eingeschaltet.
Dadurch strömt aus dem Kompressor 2 abgegebenes gasförmiges Hochdruckkältemittel hoher Temperatur in den Wärmeableiter 4. Zwar bläst Luft im Luftkanal 3 zum Wärmeableiter 4, doch da ihr Anteil gering ist (ausschließlich zur Wiedererwärmung während des Kühlens), passiert sie ihn im Wesentlichen nur, und das aus dem Wärmeableiter 4 getretene Kältemittel gelangt über die Kältemittelleitung 13E in die Kältemittelleitung 13J. Da das elektromagnetische Ventil 20 geöffnet ist, tritt das Kältemittel durch das elektromagnetische Ventil 20 und strömt weiter in den externen Wärmetauscher 7 und wird dort mit durch das Fahren oder durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft gekühlt, kondensiert und verflüssigt.
Das aus dem externen Wärmetauscher 7 getretene Kältemittel strömt über die Kältemittelleitung 13A, das elektromagnetische Ventil 17, den Trockenflaschenabschnitt 14 und den Unterkühlungsabschnitt 16 in die Kältemittelleitung 13B. Das in die Kältemittelleitung 13B geströmte Kältemittel durchläuft das Rückschlagventil 18, verzweigt sich dann und gelangt durch die Kältemittelleitung 13B zum internen Expansionsventil 8. Das in das interne Expansionsventil 8 geströmte Kältemittel erfährt dort eine Druckreduzierung und strömt dann über das elektromagnetische Ventil 35 in die Wärmesenke 9 und verdampft. Durch die Wärmeabsorptionswirkung des Kältemittels wird die aus dem internen Gebläse 27 geblasene Luft, die einen Wärmeaustausch mit der Wärmesenke 9 erfährt, gekühlt.
Das an der Wärmesenke 9 verdampfte Kältemittel gelangt über die Kältemittelleitung 13C zum Akkumulator 12 und wird von dort über die Kältemittelleitung 13K durch den Kompressor 2 angesaugt; diese Zirkulation wiederholt sich. Die in der Wärmesenke 9 gekühlte Luft wird aus der Ausblasöffnung 29 in die Fahrgastzelle geblasen, wodurch die Fahrgastzelle gekühlt wird.
Das übrige durch das Rückschlagventil 18 getretene Kältemittel verzweigt sich, strömt in eine Abzweigungsleitung 67 und gelangt zum Hilfsexpansionsventil 68. Nachdem das Kältemittel dort eine Druckreduzierung erfahren hat, strömt es über das elektromagnetische Ventil 69 in den Kältemittelströmungsweg 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 und verdampft dort. Dabei wird eine Wärmeabsorptionswirkung erzielt. Das im Kältemittelströmungsweg 64B verdampfte Kältemittel wiederholt die Zirkulation, bei der es der Reihe nach durch die Kältemittelleitung 71, die Kältemittelleitung 13C und den Akkumulator 12 strömt und aus der Kältemittelleitung 13K durch den Kompressor 2 angesaugt wird.
Aufgrund des Betriebs der Zirkulationspumpe 62 gelangt wiederum der durch die Zirkulationspumpe 62 abgegebene Wärmeträger durch die Wärmeträgerleitung 66 in den Wärmeträgerströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64, wo er einen Wärmeaustausch mit dem im Kältemittelströmungsweg 64B verdampften Kältemittel erfährt, sodass Wärme daraus absorbiert wird und der Wärmeträger gekühlt wird. Der aus dem Wärmeträgerströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 getretene Wärmeträger gelangt zur Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63. Da jedoch in diesem Betriebsmodus die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 keine Wärme erzeugt, passiert der Wärmeträger diese unverändert, gelangt zur Batterie 55 und erfährt einen Wärmeaustausch mit der Batterie 55. Dadurch wird die Batterie 55 gekühlt, und nach dem Kühlen der Batterie 55 wird der Wärmeträger durch die Zirkulationspumpe 62 angesaugt; diese Zirkulation wiederholt sich.
Im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung behält der Wärmepumpen-Controller 32 den geöffneten Zustand des elektromagnetischen Ventils 35 bei und steuert auf Grundlage der vom Wärmesenkentemperatursensor 48 ausgegebenen Temperatur der Wärmesenke 9 (Wärmesenkentemperatur Te) wie nachstehend beschrieben die Drehzahl des Kompressors 2. Dabei wird auf Grundlage der durch den Wärmeträgertemperatursensor 76 erfassten Temperatur des Wärmeträgers (Wärmeträgertemperatur Tw: vom Batterie-Controller 73 gesendet) das Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 69 wie folgt gesteuert. Dabei wird die Wärmeträgertemperatur Tw als Index zum Anzeigen der Temperatur der das Temperaturregulierungszielobjekt bildenden Batterie 55 verwendet.
Der Wärmepumpen-Controller 32 nutzt die Wärmeträgertemperatur Tw als Sollwert und stellt oberhalb und unterhalb der festgelegten Wärmeträgersolltemperatur TWO einen oberen Grenzwert TUL und einen unteren Grenzwert TLL mit einer festgelegten Temperaturdifferenz ein. Wenn aus einem Zustand mit geschlossenem elektromagnetischem Ventil 69 heraus aufgrund von Wärmeerzeugung der Batterie 55 oder dergleichen die Wärmeträgertemperatur Tw bis zum oberen Grenzwert TUL ansteigt, so wird das elektromagnetische Ventil 69 geöffnet. Dadurch strömt Kältemittel in den Kältemittelströmungsweg 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 und verdampft und kühlt den im Wärmeträgerströmungsweg 64A strömenden Wärmeträger, weshalb die Batterie 55 durch den gekühlten Wärmeträger gekühlt wird.
Wenn anschließend die Wärmeträgertemperatur Tw bis zum unteren Grenzwert TLL sinkt, wird das elektromagnetische Ventil 69 geschlossen. Danach wird dieses Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 69 wiederholt, und unter Priorisierung der Kühlung der Fahrgastzelle wird die Wärmeträgertemperatur Tw auf die Wärmeträgersolltemperatur TWO gesteuert und die Kühlung der Batterie 55 durchgeführt.
(6) Umschaltung des Klimatisierungsbetriebs
Der Wärmepumpen-Controller 32 berechnet anhand der untenstehenden Gleichung (I) die Ausblassolltemperatur TAO. Die Ausblassolltemperatur TAO ist die Solltemperatur der Luft, die durch die Ausblasöffnung 29 in die Fahrgastzelle geblasen wird. $TAO = (Tset - Tin) \times K + Tbal (f (Tsen, SUN, Tam))$
Dabei ist Tset die mittels des Klimaregelungsabschnitts 53 eingestellte Einstelltemperatur der Fahrgastzelle, Tin die durch den Innenlufttemperatursensor 37 erfasste Temperatur der Fahrgastzelleninnenluft, K ein Faktor, und Tbal ein Ausgleichswert, der aus der Einstelltemperatur Tset, der durch den Lichteinfall ssensor 51 erfassten Lichteinfallmenge SUN und der durch den Außenlufttemperatursensor 33 erfassten Außenlufttemperatur Tam berechnet wird. Im Allgemeinen ist die Ausblassolltemperatur TAO umso höher, je niedriger die Außenlufttemperatur Tam ist, und sinkt mit ansteigender Außenlufttemperatur Tam.
Beim Start des Wärmepumpen-Controllers 32 wird auf Grundlage der durch den Außenlufttemperatursensor 33 erfassten Außenlufttemperatur Tam und der Ausblassolltemperatur TAO eine Klimatisierungsbetriebsart der Klimatisierungsbetriebsarten gewählt. Wenn nach dem Start Veränderungen der Betriebsbedingungen, der Umgebungsbedingungen oder der Einstellungsbedingungen wie etwa der Außenlufttemperatur Tam oder der Ausblassolltemperatur TAO, der Wärmeträgertemperatur Tw oder der Batterietemperatur Tcell auftreten, wird entsprechend einer Batteriekühlungsanforderung vom Batterie-Controller 73 (Modusübergangsanforderung) die entsprechende Klimatisierungsbetriebsart ausgewählt und darauf umgeschaltet.
(7) Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung (Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (Priorität) + Klimatisierung)
Als Nächstes wird der Betrieb beim Aufladen der Batterie 55 beschrieben. Wenn beispielsweise ein Stecker zum Aufladen von einem Schnellladegerät (externe Stromquelle) angeschlossen und die Batterie 55 aufgeladen wird (wobei diese Informationen vom Batterie-Controller 73 gesendet werden), und unabhängig von der Einschaltung der Zündung (IGN) eine Batteriekühlungsanforderung vorliegt und der Klimatisierungsschalter des Klimaregelungsabschnitts 53 eingeschaltet ist, so führt der Wärmepumpen-Controller 32 den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung aus.
Allerdings behält der Wärmepumpen-Controller 32 im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung den geöffneten Zustand des elektromagnetischen Ventils 69 bei und steuert auf Grundlage der durch den Wärmeträgertemperatursensor 76 erfassten (vom Batterie-Controller 73 gesendeten) Wärmeträgertemperatur Tw wie nachstehend beschrieben die Drehzahl des Kompressors 2. Außerdem wird auf Grundlage der durch den Wärmesenkentemperatursensor 48 erfassten Temperatur der Wärmesenke 9 (Wärmesenkentemperatur Te) das Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 35 wie folgt gesteuert.
Der Wärmepumpen-Controller 32 nutzt die Wärmesenkentemperatur Te als Sollwert und stellt oberhalb und unterhalb der festgelegten Wärmesenkensolltemperatur TEO einen oberen Grenzwert TeUL und einen unteren Grenzwert TeLL mit einer festgelegten Temperaturdifferenz ein. Wenn aus einem Zustand mit geschlossenem elektromagnetischem Ventil 35 heraus die Wärmesenkentemperatur Te bis zum oberen Grenzwert TeUL ansteigt, so wird das elektromagnetische Ventil 35 geöffnet. Dadurch strömt das Kältemittel in die Wärmesenke 9 und verdampft und kühlt die im Luftkanal 3 strömende Luft.
Wenn anschließend die Wärmesenkentemperatur Te bis zum unteren Grenzwert TeLL sinkt, wird das elektromagnetische Ventil 35 geschlossen. Danach wird dieses Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 35 wiederholt, und unter Priorisierung der Kühlung der Batterie 55 wird die Wärmesenkentemperatur Te auf die Wärmesenkensolltemperatur TEO gesteuert und die Kühlung der Fahrgastzelle durchgeführt.
(8) Batteriekühlungsmodus (allein) (Modus zur Temperaturregulierungszielobjektkühlung (allein))
Wenn unabhängig von der Einschaltung der Zündung bei ausgeschaltetem Klimatisierungsschalter des Klimaregelungsabschnitts 53 ein Stecker zum Aufladen von einem Schnellladegerät (externe Stromquelle) angeschlossen und die Batterie 55 aufgeladen wird und eine Batteriekühlungsanforderung vorliegt, führt der Wärmepumpen-Controller 32 den Batteriekühlungsmodus (allein) aus. Allerdings wird er auch dann ausgeführt, wenn die Batterie 55 nicht aufgeladen wird, der Klimatisierungsschalter ausgeschaltet ist und eine Batteriekühlungsanforderung vorliegt (beim Fahren bei hoher Außenlufttemperatur usw.). Im Batteriekühlungsmodus (allein) öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 17, das elektromagnetische Ventil 20 und das elektromagnetische Ventil 69 und schließt das elektromagnetische Ventil 21, das elektromagnetische Ventil 22 und das elektromagnetische Ventil 35.
Der Kompressor 2 und das externe Gebläse 15 werden betrieben. Das interne Gebläse 27 wird nicht betrieben, und auch die Stromversorgung der Hilfsheizeinrichtung 23 wird nicht eingeschaltet. In diesem Betriebsmodus wird auch die Stromversorgung der Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 nicht eingeschaltet.
Dadurch strömt aus dem Kompressor 2 abgegebenes gasförmiges Hochdruckkältemittel hoher Temperatur in den Wärmeableiter 4. Die Luft im Luftkanal 3 wird nicht in den Wärmeableiter 4 geblasen, sondern passiert ihn lediglich, und das aus dem Wärmeableiter 4 getretene Kältemittel gelangt über die Kältemittelleitung 13E in die Kältemittelleitung 13J. Da das elektromagnetische Ventil 20 geöffnet ist, tritt das Kältemittel durch das elektromagnetische Ventil 20 und strömt weiter in den externen Wärmetauscher 7 und wird dort mit durch das externe Gebläse 15 herangeblasener Außenluft gekühlt, kondensiert und verflüssigt.
Das aus dem externen Wärmetauscher 7 getretene Kältemittel strömt über die Kältemittelleitung 13A, das elektromagnetische Ventil 17, den Trockenflaschenabschnitt 14 und den Unterkühlungsabschnitt 16 in die Kältemittelleitung 13B. Das in die Kältemittelleitung 13B geströmte Kältemittel durchläuft das Rückschlagventil 18, strömt vollständig in die Abzweigungsleitung 67 und erreicht das Hilfsexpansionsventil 68. Nachdem das Kältemittel dort eine Druckreduzierung erfahren hat, strömt es über das elektromagnetische Ventil 69 in den Kältemittelströmungsweg 64B des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 und verdampft dort. Dabei wird eine Wärmeabsorptionswirkung erzielt. Das im Kältemittelströmungsweg 64B verdampfte Kältemittel wiederholt die Zirkulation, bei der es der Reihe nach durch die Kältemittelleitung 71, die Kältemittelleitung 13C und den Akkumulator 12 strömt und aus der Kältemittelleitung 13K durch den Kompressor 2 angesaugt wird.
Aufgrund des Betriebs der Zirkulationspumpe 62 gelangt wiederum der durch die Zirkulationspumpe 62 abgegebene Wärmeträger durch die Wärmeträgerleitung 66 in den Wärmeträgerströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64, wo das im Kältemittelströmungsweg 64B verdampfte Kältemittel Wärme daraus absorbiert und der Wärmeträger gekühlt wird. Der aus dem Wärmeträgerströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64 getretene Wärmeträger gelangt zur Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63. Da jedoch in diesem Betriebsmodus die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 keine Wärme erzeugt, passiert der Wärmeträger diese unverändert, gelangt zur Batterie 55 und erfährt einen Wärmeaustausch mit der Batterie 55. Dadurch wird die Batterie 55 gekühlt, und nach dem Kühlen der Batterie 55 wird der Wärmeträger durch die Zirkulationspumpe 62 angesaugt; diese Zirkulation wiederholt sich.
Auch im Batteriekühlungsmodus (allein) steuert der Wärmepumpen-Controller 32 auf Grundlage der durch den Wärmeträgertemperatursensor 76 erfassten Wärmeträgertemperatur Tw wie nachstehend beschrieben die Drehzahl des Kompressors 2 und kühlt dadurch die Batterie 55.
(9) Enteisungsmodus
Als Nächstes wird der Enteisungsmodus des externen Wärmetauschers 7 beschrieben. Wie erwähnt, verdampft im Heizmodus das Kältemittel im externen Wärmetauscher 7 und absorbiert Wärme aus der Außenluft, sodass die Temperatur sinkt und der Wasseranteil der Außenluft als Eis am externen Wärmetauscher 7 anhaftet.
Der Wärmepumpen-Controller 32 berechnet daher eine Differenz ΔTXO (=TXObase-TXO) zwischen der durch den internen Wärmetauschertemperatursensor 49 erfassten Temperatur TXO des internen Wärmetauschers (Kältemittelverdampfungstemperatur im internen Wärmetauscher 7) und einer Kältemittelverdampfungstemperatur TXObase, wenn kein Eis am internen Wärmetauscher 7 anhaftet, und wenn die Temperatur TXO des internen Wärmetauschers unter die Kältemittelverdampfungstemperatur TXObase ohne Anhaftung von Eis sinkt, und ein Zustand, in dem sich die Differenz ΔTXO auf oder über einen festgelegten Wert vergrößert, für eine festgelegte Zeit anhält, urteilt er, dass Eis am internen Wärmetauscher 7 anhaftet, und setzt ein festgelegtes Vereisungs-Flag.
Wenn nun in einem Zustand, in dem das Vereisungs-Flag gesetzt ist und der Klimatisierungsschalter des Klimaregelungsabschnitts 53 ausgeschaltet ist, ein Stecker zum Aufladen von einem Schnellladegerät angeschlossen und die Batterie 55 aufgeladen wird, führt der Wärmepumpen-Controller 32 wie im Folgenden beschrieben den Enteisungsmodus des internen Wärmetauschers 7 aus.
Der Wärmepumpen-Controller 32 versetzt dabei im Enteisungsmodus den Klimatisierungskältemittelkreislauf R in den Zustand des obenstehenden Heizmodus und öffnet das externe Expansionsventil 6 vollständig. Dann wird der Kompressor 2 betrieben, und aus dem Kompressor 2 abgegebenes Kältemittel hoher Temperatur strömt über den Wärmeableiter 4 und das externe Expansionsventil 6 in den externen Wärmetauscher 7 und taut das am externen Wärmetauscher 7 anhaftende Eis ab. Wenn die durch den Wärmetauschertemperatursensor 49 erfasste Temperatur TXO des externen Wärmetauschers eine festgelegte Enteisungsendtemperatur (beispielsweise +3 °C oder dergleichen) überschreitet, betrachtet der Wärmepumpen-Controller 32 die Enteisung des externen Wärmetauschers 7 als abgeschlossen und beendet den Enteisungsmodus.
(10) Batterieerwärmungsmodus
Während der Ausführung des Klimatisierungsbetriebs oder der Aufladung der Batterie 55 führt der Wärmepumpen-Controller 32 den Batterieerwärmungsmodus aus. Im Batterieerwärmungsmodus betreibt der Wärmepumpen-Controller 32 die Zirkulationspumpe 62 und schaltet die Stromversorgung der Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 ein. Auch schließt er das elektromagnetische Ventil 69.
Der durch die Zirkulationspumpe 62 abgegebene Wärmeträger gelangt daher durch die Wärmeträgerleitung 66 in den Wärmeträgerströmungsweg 64A des Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauschers 64, durchläuft ihn und gelangt in die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63. Da nun die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 Wärme erzeugt, wird der Wärmeträger durch die Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 erwärmt, und seine Temperatur steigt an, woraufhin er die Batterie 55 erreicht und einen Wärmeaustausch mit der Batterie 55 erfährt. Dadurch wird die Batterie 55 erwärmt, und nach dem Erwärmen der Batterie 55 wird der Wärmeträger durch die Zirkulationspumpe 62 angesaugt; diese Zirkulation wiederholt sich.
Indem der Wärmepumpen-Controller 32 im Batterieerwärmungsmodus auf Grundlage der durch den Wärmeträgertemperatursensor 76 erfassten Wärmeträgertemperatur Tw die Stromversorgung der Wärmeträgererwärmungsheizeinrichtung 63 steuert, regelt er die Wärmeträgertemperatur Tw auf die festgelegte Wärmeträgersolltemperatur TWO und erwärmt die Batterie 55.
(11) Steuerung des Kompressors 2 durch den Wärmepumpen-Controller 32
Der Wärmepumpen-Controller 32 berechnet im Heizmodus auf Grundlage des Wärmeableiterdrucks Pci gemäß dem Funktionsschaubild aus 3 eine Solldrehzahl TGNCh des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl) und berechnet im Entfeuchtungskühlmodus, im Kühlmodus und im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te gemäß dem Funktionsschaubild aus 4 eine Solldrehzahl TGNCc des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl). Im Entfeuchtungsheizmodus wird der jeweils niedrigere Trend der Kompressorsolldrehzahl TGNCh und der Kompressorsolldrehzahl TGNCc gewählt. Im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung und im Batteriekühlungsmodus (allein) wird auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw gemäß dem Steuerungsblockdiagramm aus 5 eine Solldrehzahl TGNCcb des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl) berechnet.
(11-1) Berechnung der Kompressorsolldrehzahl TGNCh auf Grundlage des Wärmeableiterdrucks Pci
Zunächst wird anhand von 3 die Steuerung des Kompressors 2 auf Grundlage des Wärmeableiterdrucks Pci ausführlich beschrieben. 3 ist ein Funktionsschaubild des Wärmepumpen-Controllers 32, der auf Grundlage des Wärmeableiterdrucks Pci die Solldrehzahl des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl) TGNCh berechnet. Ein VK(Vorwärtskopplungs)-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 78 des Wärmepumpen-Controllers 32 berechnet auf Grundlage der von dem Außenlufttemperatursensor 33 erlangten Außenlufttemperatur Tam, einer Gebläsespannung BLV des internen Gebläses 27, eines Blasluftanteils SW der Luftmischungsklappe 28, das durch SW = (TAO - Te)/(Thp - Te) erlangt wird, einer Sollüberkühlungstemperatur TGSC, die der Sollwert eines Überkühlungsmaßes SC des Kältemittels am Auslass des Wärmeableiters 4 ist, der Heizeinrichtungssolltemperatur TCO, die der Sollwert der Heizeinrichtungstemperatur Thp ist, und eines Wärmeableitersolldrucks PCO, der der Sollwert des Drucks des Wärmeableiters 4 ist, eine VK-Betätigungsgröße TGNChff der Kompressorsolldrehzahl.
Bei der Heizeinrichtungstemperatur Thp handelt es sich um eine Lufttemperatur blasluftabwärts des Wärmeableiters 4 (Schätzwert), die aus dem durch den Wärmeableiterdrucksensor 47 erfassten Wärmeableiterdruck Pci und der durch den Wärmeableiterauslasstemperatursensor 44 erfassten Kältemittelauslasstemperatur Tci des Wärmeableiters 4 berechnet (geschätzt) wird. Das Überkühlungsmaß SC wird durch die durch den Wärmeableitereinlasstemperatursensor 43 und den Wärmeableiterauslasstemperatursensor 44 erfasste Kältemitteleinlasstemperatur Tcxin und die Kältemittelauslasstemperatur Tci des Wärmeableiters 4 berechnet.
Der Wärmeableitersolldruck PCO wird auf Grundlage der Sollüberkühlungstemperatur TGSC und der Heizeinrichtungssolltemperatur TCO durch einen Sollwertberechnungsabschnitt 79 berechnet. Ein RK(Rückkopplungs)-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 81 berechnet auf Grundlage des Wärmeableitersolldrucks PCO und des Wärmeableiterdrucks Pci mittels PID-Berechnung bzw. PI-Berechnung eine RK-Betätigungsgröße TGNChfb der Kompressorsolldrehzahl. Die durch den VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 78 berechnete VK-Betätigungsgröße TGNChff und die durch den RK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 81 berechnete RK-Betätigungsgröße TGNChfb werden in einem Addierer 82 addiert und als TGNCh00 in einen Grenzwerteinstellungsabschnitt 83 eingespeist.
Am Grenzwerteinstellungsabschnitt 83 werden eine steuerungsbedingte untere Drehzahlgrenze ECNpdLimLo und obere Drehzahlgrenze ECNpdLimHi festgelegt, und es erfolgt eine Bestimmung als TGNCh0, woraufhin über einen Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 84 eine Bestimmung als Kompressorsolldrehzahl TGNCh erfolgt. Im Normalmodus steuert der Wärmepumpen-Controller 32 mittels dieser auf Grundlage des Wärmeableiterdrucks Pci berechneten Kompressorsolldrehzahl TGNCh den Betrieb des Kompressors 2.
Wenn die Kompressorsolldrehzahl TGNCh die untere Drehzahlgrenze ECNpdLimLo erreicht und ein Zustand, in dem der Wärmeableiterdruck Pci bei einem oberhalb und unterhalb des Wärmeableitersolldrucks PCO eingestellten festgelegten oberen Grenzwert PUL und unteren Grenzwert PLL bis zum oberen Grenzwert PUL ansteigt, für eine festgelegte Zeit th 1 andauert, hält der Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 84 den Kompressor 2 an und tritt in einen Ein/Aus-Modus zur Ein-/Ausschaltsteuerung des Kompressors 2 ein.
Wenn in diesem Ein/Aus-Modus des Kompressors 2 der Wärmeableiterdruck Pci bis zum unteren Grenzwert PLL sinkt, wird der Kompressor 2 gestartet und mit der unteren Drehzahlgrenze ECNpdLimLo für die Kompressorsolldrehzahl TGNCh betrieben, und wenn der Wärmeableiterdruck Pci in diesem Zustand bis zum oberen Grenzwert PUL ansteigt, wird der Kompressor 2 wieder angehalten. Es erfolgt also ein Betreiben (Einschalten) und Anhalten (Ausschalten) des Kompressors 2 an der unteren Drehzahlgrenze ECNpdLimLo. Wenn nach dem Sinken des Wärmeableiterdrucks Pci bis zum unteren Grenzwert PUL und Starten des Kompressors 2 ein Zustand, in dem der Wärmeableiterdruck Pci nicht über den unteren Grenzwert PUL ansteigt, für eine festgelegte Zeit th2 andauert, wird der Ein/Aus-Modus des Kompressors 2 beendet und es erfolgt eine Rückkehr in den Normalmodus.
(11-2) Berechnung der Kompressorsolldrehzahl TGNCc auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te
Als Nächstes wird anhand von 4 die Steuerung des Kompressors 2 auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te ausführlich beschrieben. 4 ist ein Funktionsschaubild des Wärmepumpen-Controllers 32, der auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te die Solldrehzahl des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl) TGNCc berechnet. Ein VK(Vorwärtskopplungs)-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 86 des Wärmepumpen-Controllers 32 berechnet auf Grundlage der Außenlufttemperatur Tam, einer durch den Luftkanal 3 strömenden Blasluftmenge Ga (oder auch der Gebläsespannung BLV des internen Gebläses 27), des Wärmeableitersolldrucks PCO, der durch den Batterietemperatursensor 77 erfassten Batterietemperatur Tcell (vom Batterie-Controller 73 gesendet), der Ausgangsleistung Mpower des zum Fahren dienenden Motors (vom Fahrzeug-Controller 72 gesendet), der Fahrgeschwindigkeit VSP, der Wärmeerzeugungsmenge der Batterie 55 (vom Batterie-Controller 73 gesendet) und der Wärmesenkensolltemperatur TEO, die der Sollwert der Wärmesenkentemperatur Te ist, eine VK-Betätigungsgröße TGNCcff der Kompressorsolldrehzahl.
Ein RK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 87 berechnet auf Grundlage der Wärmesenkensolltemperatur TEO und der Wärmesenkentemperatur Te mittels PID-Berechnung bzw. PI-Berechnung eine RK-Betätigungsgröße TGNCcfb der Kompressorsolldrehzahl. Die durch den VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 86 berechnete VK-Betätigungsgröße TGNCcff und die durch den RK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 87 berechnete RK-Betätigungsgröße TGNCcfb werden in einem Addierer 88 addiert und als TGNCc00 in einen Grenzwerteinstellungsabschnitt 89 eingespeist.
Am Grenzwerteinstellungsabschnitt 89 werden eine steuerungsbedingte untere Drehzahlgrenze TGNCcLimLo und obere Drehzahlgrenze TGNCcLimHi festgelegt, und es erfolgt eine Bestimmung als TGNCc0, woraufhin über einen Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 91 eine Bestimmung als Kompressorsolldrehzahl TGNCc erfolgt. Im Normalmodus steuert der Wärmepumpen-Controller 32 mittels dieser auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te berechneten Kompressorsolldrehzahl TGNCc den Betrieb des Kompressors 2.
Wenn die Kompressorsolldrehzahl TGNCc die untere Drehzahlgrenze TGNCcLimLo erreicht und ein Zustand, in dem die Wärmesenkentemperatur Te bei einem oberhalb und unterhalb der Wärmesenkensolltemperatur TEO eingestellten oberen Grenzwert TeUL und unteren Grenzwert TeLL bis zum unteren Grenzwert TeLL absinkt, für eine festgelegte Zeit tc1 andauert, hält der Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 91 den Kompressor 2 an und tritt in den Ein/Aus-Modus zur Ein-/Ausschaltsteuerung des Kompressors 2 ein.
Wenn in diesem Ein/Aus-Modus des Kompressors 2 die Wärmesenkentemperatur Te bis zum oberen Grenzwert TeUL ansteigt, wird der Kompressor 2 gestartet und mit der unteren Drehzahlgrenze TGNCcLimLo für die Kompressorsolldrehzahl TGNCc betrieben, und wenn die Wärmesenkentemperatur Te in diesem Zustand bis zum unteren Grenzwert TeLL sinkt, wird der Kompressor 2 wieder angehalten. Es erfolgt also ein Betreiben (Einschalten) und Anhalten (Ausschalten) des Kompressors 2 an der unteren Drehzahlgrenze TGNCcLimLo. Wenn nach dem Ansteigen der Wärmesenkentemperatur Te bis zum oberen Grenzwert TeUL und Starten des Kompressors 2 ein Zustand, in dem die Wärmesenkentemperatur Te nicht unter den oberen Grenzwert TeUL sinkt, für eine festgelegte Zeit tc2 andauert, wird der Ein/Aus-Modus des Kompressors 2 beendet und es erfolgt eine Wiederherstellung des Normalmodus.
(11-3) Berechnung der Kompressorsolldrehzahl TGNCcb auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw
Als Nächstes wird anhand von 5 die Steuerung des Kompressors 2 auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw ausführlich beschrieben. 5 ist ein Steuerungsblockschaubild des Wärmepumpen-Controllers 32, der auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw die Solldrehzahl des Kompressors 2 (Kompressorsolldrehzahl) TGNCcb berechnet. Ein VK(Vorwärtskopplungs)-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 92 des Wärmepumpen-Controllers 32 berechnet auf Grundlage der Außenlufttemperatur Tam, des Wärmeableitersolldrucks PCO, der Wärmesenkensolltemperatur TEO, einer Wärmeträgerströmungsmenge Gw im Wärmeträgerkreislauf 61 (berechnet anhand der Ausgangsleistung der Zirkulationspumpe 62), der Batterietemperatur Tcell, der Ausgangsleistung Mpower des zum Fahren dienenden Motors (vom Fahrzeug-Controller 72 gesendet), der Fahrgeschwindigkeit VSP, der Wärmeerzeugungsmenge der Batterie 55 (vom Batterie-Controller 73 gesendet) und der Wärmeträgersolltemperatur TWO, die der Sollwert der Wärmeträgertemperatur Tw ist, eine VK-Betätigungsgröße TGNCcbff der Kompressorsolldrehzahl.
Ein RK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 93 berechnet auf Grundlage der Wärmeträgersolltemperatur TWO und der Wärmeträgertemperatur Tw mittels PID-Berechnung bzw. PI-Berechnung eine RK-Betätigungsgröße TGNCcbfb der Kompressorsolldrehzahl. Die durch den VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 92 berechnete VK-Betätigungsgröße TGNCcbff und die durch den RK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 93 berechnete RK-Betätigungsgröße TGNCcbfb werden in einem Addierer 94 addiert und als TGNCcb00 in einen Grenzwerteinstellungsabschnitt 96 eingespeist.
Am Grenzwerteinstellungsabschnitt 96 werden eine steuerungsbedingte untere Drehzahlgrenze TGNCcbLimLo und obere Drehzahlgrenze TGNCcbLimHi festgelegt, und es erfolgt eine Bestimmung als TGNCcb0, woraufhin über einen Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 97 eine Bestimmung als Kompressorsolldrehzahl TGNCcb erfolgt. Im Normalmodus steuert der Wärmepumpen-Controller 32 mittels dieser auf Grundlage der Wärmeträgertemperatur Tw berechneten Kompressorsolldrehzahl TGNCcb den Betrieb des Kompressors 2.
Wenn die Kompressorsolldrehzahl TGNCcb die untere Drehzahlgrenze TGNCcbLimLo erreicht und ein Zustand, in dem die Wärmeträgertemperatur Tw bei einem oberhalb und unterhalb der Wärmeträgersolltemperatur TWO eingestellten oberen Grenzwert TUL und unteren Grenzwert TLL bis zum unteren Grenzwert TLL absinkt, für eine festgelegte Zeit tcb1 andauert, hält der Kompressorausschaltsteuerungsabschnitt 97 den Kompressor 2 an und tritt in den Ein/Aus-Modus der Ein-/Ausschaltsteuerung des Kompressors 2 ein.
Wenn in diesem Ein/Aus-Modus des Kompressors 2 die Wärmeträgertemperatur Tw bis zum oberen Grenzwert TUL ansteigt, wird der Kompressor 2 gestartet und mit der unteren Drehzahlgrenze TGNCcbLimLo für die Kompressorsolldrehzahl TGNCcb betrieben, und wenn die Wärmeträgertemperatur Tw in diesem Zustand bis zum unteren Grenzwert TLL sinkt, wird der Kompressor 2 wieder angehalten. Es erfolgt also ein Betreiben (Einschalten) und Anhalten (Ausschalten) des Kompressors 2 an der unteren Drehzahlgrenze TGNCcbLimLo. Wenn nach dem Ansteigen der Wärmeträgertemperatur Tw bis zum oberen Grenzwert TUL und Starten des Kompressors 2 ein Zustand, in dem die Wärmeträgertemperatur Tw nicht unter den oberen Grenzwert TUL sinkt, für eine festgelegte Zeit tcb2 andauert, wird der Ein/Aus-Modus des Kompressors 2 beendet und es erfolgt eine Wiederherstellung des Normalmodus.
(12) Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung durch den Wärmepumpen-Controller 32 (Teil 1)
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 6 ein Beispiel für die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung beschrieben, die der Wärmepumpen-Controller 32 bei einem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung und bei einem Übergang aus dem Batteriekühlungsmodus (allein) in den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung ausführt. 6 zeigt beide Übergänge zusammengefasst.
Unmittelbar nach dem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung nimmt die Anzahl der Kanäle der diese beinhaltenden Wärmetauscher zu, weshalb sich ein Zustand ergibt, in dem die Leistung (Drehzahl) des Kompressors 2 nicht ausreicht, sodass die Temperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft vorübergehend ansteigt, was für den Benutzer unangenehm ist und zudem die Kühlung der Batterie 55 verzögert.
Wenn bei Ausführung des Kühlmodus beispielsweise die durch den Wärmeträgertemperatursensor 76 erfasste Wärmeträgertemperatur Tw bis zum oberen Grenzwert TUL ansteigt oder die durch den Batterietemperatursensor 77 erfasste Batterietemperatur Tcell bis auf einen festgelegten oberen Grenzwert ansteigt, gibt daher der Batterie-Controller 73 eine Batteriekühlungsanforderung an den Wärmepumpen-Controller 32 oder den Klimatisierungs-Controller 45 aus. Wenn beispielsweise zum Zeitpunkt t1 von 6 eine Batteriekühlungsanforderung in den Wärmepumpen-Controller 32 eingegeben wird, ergibt dies eine Modusübergangsanforderung, und der Wärmepumpen-Controller 32 beginnt in diesem Fall mit der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung und senkt zunächst die Wärmesenkensolltemperatur TEO um einen festgelegten Wert TEO1.
Da auf diese Weise die durch den VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 86 aus 4 berechnete VK-Betätigungsgröße TGNCcff der Kompressorsolldrehzahl ansteigt, steigt auch die letztlich berechnete Kompressorsolldrehzahl TGNCc über den normalen Wert hinaus an, sodass die tatsächliche Drehzahl des Kompressors 2 zunimmt. Wenn beispielsweise zum Zeitpunkt t2 in 6 die Kompressorsolldrehzahl TGNCc bis auf einen festgelegten Wert TGNCc1 ansteigt oder seit dem Zeitpunkt t1 eine festgelegte Zeit ts1 verstrichen ist, öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 69 und bewirkt einen Übergang des Betriebsmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung.
Durch eine derartige Ausführung der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung wird der Mangel an Leistung (Drehzahl) des Kompressors 2 unmittelbar nach dem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung behoben und die Vereinbarkeit zwischen der Klimatisierung der Fahrgastzelle und der Kühlung der Batterie 55 verbessert, wodurch die Zuverlässigkeit und die Markttauglichkeit erhöht werden können. Die Steuerung des Kompressors 2 nach dem Übergang ist eine Wiederherstellung der Drehzahlsteuerung im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung. Da wie erwähnt das elektromagnetische Ventil 69 und das Hilfsexpansionsventil 68 als Expansionsventile mit elektromagnetischem Ventil ausgebildet sind, wird eine Differenzspannung beim Öffnen des elektromagnetischen Ventils 69 während der Erhöhung der Drehzahl des Kompressors 2 reduziert und eine Geräuscherzeugung unterbunden.
Da sich auch unmittelbar nach einem Übergang aus dem Batteriekühlungsmodus (allein) in den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung ein Zustand des Leistungsmangels des Kompressors 2 ergibt, verzögert sich die Klimatisierung der Fahrgastzelle, und auch die Kühlung der Batterie 55 wird vorübergehend reduziert.
Wenn bei Ausführung des Batteriekühlungsmodus (allein) der Klimatisierungsschalter des Klimaregelungsabschnitts 53 eingeschaltet wird, gibt der Klimatisierungs-Controller 45 eine Klimatisierungsanforderung an den Wärmepumpen-Controller 32 aus. Wenn ebenfalls zum Zeitpunkt t1 von 6 eine Klimatisierungsanforderung in den Wärmepumpen-Controller 32 eingegeben wird, ergibt dies eine Modusübergangsanforderung, und der Wärmepumpen-Controller 32 beginnt in diesem Fall mit der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung und senkt zunächst die Wärmeträgersolltemperatur TWO um einen festgelegten Wert TWO 1.
Da auf diese Weise die durch den VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 92 aus 5 berechnete VK-Betätigungsgröße TGNCcbff der Kompressorsolldrehzahl ansteigt, steigt auch die letztlich berechnete Kompressorsolldrehzahl TGNCcb über den normalen Wert hinaus an, sodass die tatsächliche Drehzahl des Kompressors 2 ansteigt. Wenn beispielsweise zu einem Zeitpunkt t2 in 6 die Kompressorsolldrehzahl TGNCcb bis auf einen festgelegten Wert TGNCcb 1 ansteigt, öffnet der Wärmepumpen-Controller 32 das elektromagnetische Ventil 35 und bewirkt einen Übergang des Betriebsmodus in den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung.
Durch eine derartige Ausführung der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung wird der Mangel an Leistung (Drehzahl) des Kompressors 2 unmittelbar nach dem Übergang aus dem Batteriekühlungsmodus (allein) in den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung behoben und die Vereinbarkeit zwischen der Kühlung der Batterie 55 und der Klimatisierung der Fahrgastzelle verbessert, wodurch die Zuverlässigkeit und die Markttauglichkeit erhöht werden können. Die Steuerung des Kompressors 2 nach dem Übergang ist eine Wiederherstellung der Drehzahlsteuerung im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung. Da wie erwähnt das elektromagnetische Ventil 35 und das interne Expansionsventil 8 als Expansionsventile mit elektromagnetischem Ventil ausgebildet sind, wird eine Differenzspannung beim Öffnen des elektromagnetischen Ventils 35 während der Erhöhung der Drehzahl des Kompressors 2 reduziert und eine Geräuscherzeugung unterbunden.
Dabei lässt der Wärmepumpen-Controller 32 im Kühlmodus und im Batteriekühlungsmodus (allein) Kältemittel an einem von der Wärmesenke 9 und dem Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 verdampfen, und im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung und im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung lässt er Kältemittel sowohl an der Wärmesenke 9 als auch am Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 verdampfen, weshalb im Kühlmodus und im Batteriekühlungsmodus (allein) jeweils eine Kühlung der Fahrgastzelle und eine Kühlung der Batterie 55 erfolgen und im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung und im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung die Kühlung der Batterie 55 während der Kühlung der Fahrgastzelle durchgeführt werden kann.
Da beim Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung und beim Übergang aus dem Batteriekühlungsmodus (allein) in den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung ausgeführt wird, können die Unannehmlichkeit für den Benutzer, dass unmittelbar nach dem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung die Temperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft ansteigt, und die Unannehmlichkeit, dass unmittelbar nach dem Übergang aus dem Batteriekühlungsmodus (allein) in den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung die Kühlleistung für die Batterie 55 sinkt, von vorne herein vermieden werden, und es kann eine bessere Vereinbarkeit zwischen der Klimatisierung der Fahrgastzelle und der Kühlung der Batterie 55 erzielt werden.
Da hier das elektromagnetische Ventil 35, das den Strom des Kältemittels zur Wärmesenke 9 steuert, und das elektromagnetische Ventil 69, das den Strom des Kältemittels zum Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher 64 steuert, bereitgestellt sind, und der Wärmepumpen-Controller 32 im Kühlmodus und im Batteriekühlungsmodus (allein) eins von dem elektromagnetischen Ventil 35 und dem elektromagnetische Ventil 69 öffnet und das andere schließt und im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung und im Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung das elektromagnetische Ventil 35 und das elektromagnetische Ventil 69 öffnet, können die einzelnen Betriebsmodi problemlos ausgeführt werden.
Da ferner der Kühlmodus, in dem das elektromagnetische Ventil 35 geöffnet, die Drehzahl des Kompressors 2 mittels der Wärmesenkentemperatur Te gesteuert und das elektromagnetische Ventil 69 geschlossen wird, und der Batteriekühlungsmodus (allein) ausgeführt werden, in dem das elektromagnetische Ventil 69 geöffnet, die Drehzahl des Kompressors 2 mittels der Wärmeträgertemperatur Tw gesteuert und das elektromagnetische Ventil 35 geschlossen wird, können das Kühlen der Fahrgastzelle und das Kühlen der Batterie 55 problemlos durchgeführt werden.
Da zudem der Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung, in dem das elektromagnetische Ventil 35 geöffnet, die Drehzahl des Kompressors 2 mittels der Wärmesenkentemperatur Te gesteuert und das Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 69 mittels der Wärmeträgertemperatur Tw gesteuert wird, und der Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung ausgeführt werden, in dem das elektromagnetische Ventil 69 geöffnet, die Drehzahl des Kompressors 2 mittels der Wärmeträgertemperatur Tw gesteuert wird und das Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 35 mittels der Wärmesenkentemperatur Te gesteuert wird, wird während der Kühlung der Fahrgastzelle eine Kühlung der Batterie 55 durchgeführt und je nach Situation zwischen einer Priorisierung der Kühlung der Fahrgastzelle und einer Priorisierung der Kühlung der Batterie 55 umgeschaltet, wodurch eine angenehme Kühlung der Fahrgastzelle und eine wirkungsvolle Kühlung der Batterie 55 erreicht werden können.
Indem wie in diesem Beispiel bei der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung die in den VK-Betätigungsgrößenberechnungsabschnitt 86, 92 eingespeiste Wärmesenkensolltemperatur TEO bzw. Wärmeträgersolltemperatur TWO gesenkt wird und so die Kompressorsolldrehzahl TGNCc bzw. TGNCcb erhöht wird, kann im Kühlmodus und im Batteriekühlungsmodus (allein) durch die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung die Drehzahl des Kompressors 2 in angemessener Weise erhöht werden.
Wenn wie in diesem Beispiel im Kühlmodus oder im Batteriekühlungsmodus (allein) eine Batteriekühlungsanforderung oder eine Klimatisierungsanforderung (jeweils eine Modusübergangsanforderung) eingegeben wird und der Wärmepumpen-Controller 32 nach dem Erhöhen der Drehzahl des Kompressors 2 mittels der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung bzw. den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung übergeht, kann vor dem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung oder den Modus zur Batteriekühlung (Priorität) + Klimatisierung die Drehzahl des Kompressors 2 in geeigneter Weise erhöht werden.
(13) Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung durch den Wärmepumpen-Controller 32 (Teil 2)
Als Nächstes wird ein weiteres Beispiel der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung beschrieben, die der Wärmepumpen-Controller 32 bei einem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung ausführt. Wenn im Kühlmodus die Ausgangsleistung Mpower des zum Fahren dienenden Motors ansteigt, steigt auch die Temperatur der Batterie 55 an, weshalb damit zu rechnen ist, dass anschließend eine Batteriekühlungsanforderung ausgegeben wird und ein Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung erfolgt.
Wenn die Ausgangsleistung Mpower des zum Fahren dienenden Motors einen festgelegten Schwellenwert Mpower1 erreicht oder überschreitet, führt der Wärmepumpen-Controller 32 daher die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung (Senkung der Wärmesenkensolltemperatur TEO) aus. Vor dem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung wird auf diese Weise die Drehzahl des Kompressors 2 erhöht, wodurch unmittelbar nach dem Übergang die Vereinbarkeit zwischen der Klimatisierung der Fahrgastzelle und der Kühlung der Batterie 55 verbessert werden kann. Insbesondere kann in diesem Fall vor der Eingabe der Batteriekühlungsanforderung die Drehzahl des Kompressors 2 erhöht werden, weshalb ein frühzeitiger Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung möglich ist.
(14) Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung durch den Wärmepumpen-Controller 32 (Teil 3)
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 7 ein weiteres Beispiel der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung beschrieben, die der Wärmepumpen-Controller 32 bei einem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung ausführt.
Wenn im Kühlmodus die Ausgangsleistung Mpower des zum Fahren dienenden Motors abrupt ansteigt oder die Batterietemperatur Tcell abrupt ansteigt, und auch wenn die Wärmeerzeugungsmenge der Batterie 55 abrupt ansteigt, ist anschließend mit einem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung zu rechnen. Wenn bei dem Wärmepumpen-Controller 32 beispielsweise zu einem Zeitpunkt t3 in 7 ein Anstiegstrend der Ausgangsleistung Mpower des zum Fahren dienenden Motors einen festgelegten Schwellenwert X 1 erreicht oder überschreitet oder ein Informationstrend der Batterietemperatur Tcell einen festgelegten Schwellenwert X2 erreicht oder überschreitet oder aber eine Wärmeerzeugungsmenge der Batterie 55 einen festgelegten Schwellenwert X3 erreicht oder überschreitet, beginnt der Wärmepumpen-Controller 32 die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung für diesen Fall und senkt zunächst die Wärmesenkensolltemperatur TEO um einen festgelegten Wert TEO1. Die Schwellenwerte X1 bis X3 sind im Voraus durch Versuche ermittelte Werte.
Da auf diese Weise wie zuvor erörtert die Kompressorsolldrehzahl TGNCc ansteigt, steigt auch die tatsächliche Drehzahl des Kompressors 2 (Ist-Drehzahl) an. Der Wärmepumpen-Controller 32 erhöht die Kompressorsolldrehzahl TGNCc bis auf einen festgelegten Wert TGNCc1. Wenn anschließend zu einem Zeitpunkt t4 eine Batteriekühlungsanforderung eingegeben wird, geht der Wärmepumpen-Controller 32 in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung über und führt in diesem Fall bis zu einem Zeitpunkt t5 eine Betriebsmodusumschaltverarbeitung durch. Während dieser Betriebsmodusumschaltverarbeitung wird das elektromagnetische Ventil 69 geöffnet.
Durch eine derartige Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung wird der Mangel an Leistung (Drehzahl) des Kompressors 2 unmittelbar nach dem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung behoben und die Vereinbarkeit zwischen der Klimatisierung der Fahrgastzelle und der Kühlung der Batterie 55 verbessert, wodurch die Zuverlässigkeit und die Markttauglichkeit erhöht werden können. Insbesondere kann auch in diesem Fall vor der Eingabe der Batteriekühlungsanforderung die Drehzahl des Kompressors 2 erhöht werden, weshalb ein frühzeitiger Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung möglich ist. Die Steuerung des Kompressors 2 nach dem Übergang ist eine Wiederherstellung der Drehzahlsteuerung im Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung.
(15) Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung durch den Wärmepumpen-Controller 32 (Teil 4)
Wenn der Kühlmodus ausgeführt wird und beispielsweise auf der Autobahn längere Zeit schnell gefahren wird, steigt die Temperatur der Batterie 55 an und es ist anschließend mit einem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung zu rechnen. Wenn im Kühlmodus aus Navigationsinformationen, die von der GPS-Navigationsvorrichtung 74 bezogen werden, beispielsweise angezeigt wird, dass demnächst auf der Autobahn gefahren wird und ein Anstieg der Temperatur der Batterie 55 vorhergesagt wird, führt der Wärmepumpen-Controller 32 daher die bereits erörterte Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung (Senken der Wärmesenkensolltemperatur TEO) aus.
Dadurch kann vor der Eingabe der Batteriekühlungsanforderung die Drehzahl des Kompressors 2 erhöht werden, weshalb ein frühzeitiger Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung möglich ist.
Der Wärmepumpen-Controller 32 kann anstelle der unter (12) erörterten Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung auch eine der unter (13) bis (15) erörterten Kompressordrehzahlerhöhungssteuerungen ausführen, wobei die unter (13) bis (15) erörterten Kompressordrehzahlerhöhungssteuerungen einzeln oder miteinander kombiniert oder alle ausgeführt werden.
(16) Steuerung zum Einschränken einer übermäßigen Kühlung der Fahrgastzelle bei Ausführung der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung
Wenn im Kühlmodus die Drehzahl des Kompressors 2 erhöht wird, sinkt während eines Zeitraums vor dem Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung, nämlich des Zeitraums von Zeitpunkt t1 bis t2 in 6 und des Zeitraums von Zeitpunkt t3 bis t4 in 7 die Temperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft.
Wenn der Wärmepumpen-Controller 32 die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung beim Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung ausführt, schränkt er daher den Betrieb des internen Gebläses 27 ein. Er senkt die Drehzahl des internen Gebläses 27, um die Unannehmlichkeit einer übermäßigen Kühlung der Fahrgastzelle auszuräumen.
(17) Steuerung zum reduzierenden Einschränken der Ausblastemperatur bei Ausführung der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung
Anstelle des Vorstehenden oder zusätzlich dazu kann der Wärmepumpen-Controller 32 beim Ausführen der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung auch die Luftmischungsklappe 28 steuern und den Anteil der zum Wärmeableiter 4 geblasenen Luft erhöhen. Dadurch wird die Temperaturreduzierung der an die Fahrgastzelle geleiteten Luft eingeschränkt, wodurch die Unannehmlichkeit einer übermäßigen Kühlung der Fahrgastzelle ausgeräumt werden kann.
(18) Öffnende und schließende Steuerung des Abzweigungssteuerventils beim Übergang in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung
Vorstehend wurde beschrieben, dass beim Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Temperaturregulierungszielobjektkühlung durch Ausführen der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung die Unannehmlichkeit für den Benutzer, dass unmittelbar nach dem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung die Temperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft ansteigt, ausgeräumt werden kann.
Wenn dabei die gesteuerte Drehzahl des Kompressors ihren oberen Grenzwert erreicht, kommt es schließlich beim Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung in Anbetracht der Verlängerung des Wärmeaustauschwegs, in dem das Kältemittel strömt, zu einem Leistungsmangel des Kompressors, sodass die Kühlleistung der Fahrgastzelle vorübergehend absinkt.
Um dies auszuräumen, steuert der Wärmepumpen-Controller 32 beim Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung entsprechend der aktuellen Kühlleistung des Klimatisierungskältemittelkreislaufs R das Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 69, bei dem es sich um das Abzweigungssteuerventil 60 handelt. Auf diese Weise kann die unmittelbar nach dem Wechsel des Betriebsmodus im Kältemittelabzweigungskreislauf Rd strömende Kältemittelmenge verringert werden, sodass ein Kühlleistungsabfall des Klimatisierungskältemittelkreislaufs R unterbunden werden kann.
Dabei wendet der Wärmepumpen-Controller 32 als eine die aktuelle Kühlleistung des Klimatisierungskältemittelkreislaufs R anzeigende erfasste Temperatur die durch den Wärmesenkentemperatursensor 48 erfasste Wärmesenkentemperatur Te oder die durch den Ausblastemperatursensor 41 erfasste Ausblastemperatur an und führt eine Steuerung durch, die diese erfasste Temperatur auf einen Sollwert bringt, und wenn die erfasste Temperatur höher als ein Einstellwert ist, der gleich dem Sollwert oder niedriger als der Sollwert ist, steuert sie das elektromagnetische Ventil 69 so, dass es sich schließt, während sie für den Fall, dass sie niedriger als der Einstellwert ist, der gleich dem Sollwert oder niedriger als der Sollwert ist, das elektromagnetische Ventil 69 so steuert, dass es sich öffnet.
Wird die Steuerung auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te beschrieben, so steuert der Wärmepumpen-Controller 32 das Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 69 auf Grundlage der Wärmesenkentemperatur Te und ihres Sollwerts, der Wärmesenkensolltemperatur TEO. Wenn in der nachfolgenden Beschreibung anstelle der Wärmesenkentemperatur Te die Ausblastemperatur angewandt wird, so erfolgt die Steuerung in identischer Weise. Dabei stellt der Wärmepumpen-Controller 32 einen oberen Grenzwert TeUL und einen unteren Grenzwert TeLL ober- und unterhalb der Wärmesenkensolltemperatur TEO oder als Einstellwerte unterhalb der Wärmesenkensolltemperatur TEO mit einer festgelegten Temperaturdifferenz ein und schließt das elektromagnetische Ventil 69, wenn aufgrund einer Batteriekühlungsanforderung das elektromagnetische Ventil 69 geöffnet wurde und die Wärmesenkentemperatur Te ansteigt und auf oder über den oberen Grenzwert TeUL ansteigt. Dadurch hält das Strömen von Kältemittel in den Kältemittelabzweigungskreislauf Rd an, sodass die Kühlleistung des Klimatisierungskältemittelkreislaufs R wiederhergestellt wird. Wenn die Wärmesenkentemperatur Te anschließend den unteren Grenzwert TeLL erreicht oder unterschreitet, öffnet er das elektromagnetische Ventil 69, sodass Kältemittel in den Kältemittelabzweigungskreislauf Rd strömt. Anschließend wird dieses Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 69 wiederholt und die Wärmesenkentemperatur Te auf die Wärmesenkensolltemperatur TEO gesteuert, sodass ein sanfter Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung erzielt wird, während eine vorübergehende Kühlleistungsverringerung der Fahrgastzellenkühlung unterbunden wird.
Das Steuern des Öffnens und Schließens des elektromagnetischen Ventils 69, um die Wärmesenkentemperatur Te auf die Wärmesenkensolltemperatur TEO zu bringen (oder die Ausblastemperatur auf den Sollwert zu bringen), kann kombiniert werden mit dem Steuern des Öffnens und Schließens des elektromagnetischen Ventils 69 in (5), um die Wärmeträgertemperatur Tw auf die Wärmeträgersolltemperatur TWO zu bringen. Auch ist eine Kombination möglich, wobei anstelle der Wärmeträgertemperatur Tw die durch den Batterietemperatursensor 77 erfasste Batterietemperatur Tcell angewandt wird und das Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 69 zum Erreichen ihres Sollwerts gesteuert wird.
Der Wärmepumpen-Controller 32 überwacht also beim Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung die durch den Wärmeträgertemperatursensor 76 erfasste Wärmeträgertemperatur Tw oder die durch den Batterietemperatursensor 77 erfasste Batterietemperatur Tcell, und wenn die Wärmeträgertemperatur Tw oder die Batterietemperatur Tcell unmittelbar nach dem Übergang hoch ist, steuert er das Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 69, das die Wärmesenkentemperatur Te auf die Wärmesenkensolltemperatur TEO steuert, und wenn die Wärmeträgertemperatur Tw oder die Batterietemperatur Tcell die eingestellte niedrige Temperatur erreicht, schaltet er dazu um, das Öffnen und Schließen des elektromagnetische Ventil 69 so zu steuern, dass die Wärmeträgertemperatur Tw oder die Batterietemperatur Tcell auf den Sollwert gesteuert wird.
Auch nach einer solchen Umschaltung stellt der Wärmepumpen-Controller 32 einen oberen Grenzwert TUL und einen unteren Grenzwert TLL ober- und unterhalb der Wärmeträgersolltemperatur TWO oder als Einstellwerte unterhalb der Wärmesenkensolltemperatur TEO mit einer festgelegten Temperaturdifferenz ein, und wenn die Wärmeträgertemperatur Tw den oberen Grenzwert TUL erreicht oder überschreitet, öffnet er das elektromagnetische Ventil 69, und wenn die Wärmeträgertemperatur Tw den unteren Grenzwert TLL erreicht oder unterschreitet, schließt er das elektromagnetische Ventil 69. Danach wird dieses Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 69 wiederholt, und unter Priorisierung der Kühlung der Fahrgastzelle wird die Wärmeträgertemperatur Tw auf die Wärmeträgersolltemperatur TWO gesteuert und die Kühlung der Batterie 55 durchgeführt.
Vorliegend wurde beispielhaft das Kühlen der das Wärme erzeugende Gerät darstellenden Batterie 55 mittels des Wärmeträgers durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittelabzweigungskreislauf Rd gezeigt, doch kann die das Wärme erzeugende Gerät darstellende Batterie 55 auch unmittelbar mit dem Kältemittel des Kältemittelabzweigungskreislaufs Rd gekühlt werden. In diesem Fall überwacht der Wärmepumpen-Controller 32 beim Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung die Kältemitteltemperatur im Kältemittelabzweigungskreislauf Rd oder die Batterietemperatur Tcell, und wenn die
Kältemitteltemperatur oder die Batterietemperatur Tcell unmittelbar nach dem Übergang hoch ist, steuert er das Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 69, das die Wärmesenkentemperatur Te auf die Wärmesenkensolltemperatur TEO steuert, und wenn die Kältemitteltemperatur oder die Batterietemperatur Tcell die eingestellte niedrige Temperatur erreicht, schaltet er dazu um, das Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 69 so zu steuern, dass die Wärmeträgertemperatur Tw oder die Batterietemperatur Tcell auf den Sollwert gesteuert wird.
(19) Kombiniertes Steuern des Öffnens und Schließens des Abzweigungssteuerventils mit einer Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung
Das oben unter (18) gezeigte Steuern des Öffnens und Schließens des Abzweigungssteuerventils 60 (des elektromagnetischen Ventils 69) kann mit der oben unter (12) beschriebenen Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung kombiniert werden.
Unter Bezugnahme auf 8 wird ein Beispiel für die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung und das Steuern des Öffnens und Schließens des Abzweigungssteuerventils 60 beschrieben, die der Wärmepumpen-Controller 32 bei einem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung ausführt.
Wenn bei Ausführung des Kühlmodus beispielsweise die durch den Wärmeträgertemperatursensor 76 erfasste Wärmeträgertemperatur Tw bis zum oberen Grenzwert TUL ansteigt, gibt der Batterie-Controller 73 eine Batteriekühlungsanforderung an den Wärmepumpen-Controller 32 oder den Klimatisierungs-Controller 45 aus. Wenn zum Zeitpunkt t1 von 8 eine Batteriekühlungsanforderung in den Wärmepumpen-Controller 32 eingegeben wird, ergibt dies eine Modusübergangsanforderung, und der Wärmepumpen-Controller 32 beginnt in diesem Fall mit der Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung und erhöht die Drehzahl des Kompressors 2 auf eine eingestellte Drehzahl. Die eingestellte Drehzahl wird dabei unter Berücksichtigung der geforderten Kühlleistung für die das Wärme erzeugende Gerät darstellende Batterie 55 eingestellt.
Wie in 8 gezeigt, ist der Zeitpunkt t2, an dem die Drehzahl des Kompressors 2 auf die eingestellte Drehzahl angestiegen ist, der Zeitpunkt für den Wechsel des Betriebsmodus, und ab diesem Zeitpunkt t2 beginnt das Steuern des Öffnens und Schließens des elektromagnetischen Ventils (des Abzweigungssteuerventils) 69. Unmittelbar nach dem Wechsel des Betriebsmodus wird eine Steuerung des Öffnens und Schließens des elektromagnetischen Ventils 69 durchgeführt, um die Wärmesenkentemperatur Te auf die Wärmesenkensolltemperatur TEO zu steuern, und wenn die Wärmeträgertemperatur Tw den Einstellwert erreicht oder unterschreitet (Zeitpunkt t3), wird eine Steuerung des Öffnens und Schließens des elektromagnetischen Ventils 69 durchgeführt, um die Wärmeträgertemperatur Tw auf ihren Sollwert (Wärmeträgersolltemperatur TWO) zu steuern. Dabei wird die Drehzahl des Kompressors 2 unmittelbar nach dem Wechsel des Betriebsmodus auf der eingestellten Drehzahl gehalten, und wenn die Wärmeträgertemperatur Tw den Einstellwert erreicht oder unterschreitet (Zeitpunkt t3), wird zu einer Drehzahlsteuerung der Drehzahl des Kompressors 2 umgeschaltet, bei der die Wärmeträgertemperatur Tw auf ihren Sollwert (Wärmeträgersolltemperatur TWO) gesteuert wird.
Wie oben beschrieben, kann, indem vor dem Steuern des Öffnens und Schließens des Abzweigungssteuerventils 60 (des elektromagnetischen Ventils 69) die Drehzahlerhöhungssteuerung des Kompressors 2 durchgeführt wird, ein Mangel an Leistung (Drehzahl) des Kompressors 2 unmittelbar nach dem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung unterbunden werden, und zugleich kann beim Steuern des Öffnens und Schließens des Abzweigungssteuerventils 60 das Ansprechverhalten beim Steuern der Wärmesenkentemperatur Te auf die Wärmesenkensolltemperatur TEO verbessert werden. Auf diese Weise kann Unbehagen der Insassen aufgrund eines Absinkens der Kühlleistung unmittelbar nach dem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung von vorne herein vermieden werden.
(20) Benachrichtigung des Benutzers beim Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung
Der Anstieg der Wärmesenkentemperatur Te oder der Ausblastemperatur unmittelbar nach dem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung kann durch die Kompressordrehzahlerhöhungssteuerung und das Steuern des Öffnens und Schließens des Abzweigungssteuerventils 60 verhindert werden. Kommt es allerdings unmittelbar nach dem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung auch nur zu einem geringfügigen Anstieg der Ausblastemperatur, kann der Insasse dies als Störung der Klimatisierung missverstehen. Um dies auszuräumen, ist es wirksam, vor dem Übergang aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung eine Mitteilung darüber durchzuführen, dass trotz eines eventuellen vorübergehenden Anstiegs der Ausblastemperatur keine Störung vorliegt. Konkret gibt der Wärmepumpen-Controller 32 beim Durchführen eines Wechsels des Betriebsmodus eine Anzeige an das Display 53A aus, dass mit einer vorübergehenden Abnahme der Kühlleistung zu rechnen ist.
Als der Übergang zu einem Betrieb, bei dem die Kühlung der Fahrgastzelle durch den Klimatisierungskältemittelkreislauf und die Kühlung des Wärme erzeugenden Geräts durch den Kältemittelabzweigungskreislauf parallel durchgeführt werden, wurde vorstehend das Beispiel eines Übergangs aus dem Kühlmodus in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung beschrieben, doch kann die gleiche Steuerung auch bei einem Übergang aus dem Batteriekühlungsmodus (allein) in den Modus zur Klimatisierung (Priorität) + Batteriekühlung angewandt werden.
Vorstehend wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben, doch sind die konkreten Ausgestaltungen nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, und auch Auslegungsänderungen, die nicht vom Wesen der vorliegenden Erfindung abweichen, fallen in den Umfang der Erfindung. Solange kein Widerspruch oder keine Probleme hinsichtlich ihres Zwecks, ihrer Ausgestaltung und dergleichen vorliegen, können die einzelnen Techniken der obenstehenden Ausführungsformen untereinander übertragen und kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugklimaanlage
2: Kompressor
3: Luftkanal
4: Wärmeableiter
6: externes Expansionsventil
7: externer Wärmetauscher
8: internes Expansionsventil
9: Wärmesenke (Verdampfer)
11: Steuereinheit
32: Wärmepumpen-Controller (Teil der Steuereinheit ausbilden)
35: elektromagnetisches Ventil (Wärmesenkenventilvorrichtung)
45: Klimatisierungs-Controller (Teil der Steuervorrichtung ausbilden)
55: Batterie (Temperaturregulierungszielobjekt)
60: Abzweigungssteuerventil
61: Wärmeträgerkreislauf
64: Kältemittel-Wärmeträger-Wärmetauscher (Verdampfer, Wärmetauscher für Temperaturregulierungszielobjekt)
68: Hilfsexpansionsventil
69: elektromagnetisches Ventil
72: Fahrzeug-Controller
73: Batterie-Controller
77: Batterietemperatursensor
76: Wärmeträgertemperatursensor
R: Klimatisierungskältemittelkreislauf
Rd: Kältemittelabzweigungskreislauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2014213765 A [0003]
JP 5860360 B [0003]

Claims

Fahrzeugklimaanlage, gekennzeichnet durch: einen Klimatisierungskältemittelkreislauf, der ein Kältemittel zirkulieren lässt und eine Fahrgastzelle kühlt, einen Kältemittelabzweigungskreislauf, der von dem Klimatisierungskältemittelkreislauf abzweigt und eine Kühlung eines Wärme erzeugenden Geräts durchführt, ein Abzweigungssteuerventil, das am Kältemittelabzweigungskreislauf bereitgestellt ist und einen Strom von Kältemittel steuert, das aus dem Klimatisierungskältemittelkreislauf in den Kältemittelabzweigungskreislauf eintritt, und eine Steuereinheit, die den Betrieb des Klimatisierungskältemittelkreislaufs und das Abzweigungssteuerventil steuert, wobei die Steuereinheit nach einem Übergang in einen Betrieb, bei dem die Kühlung der Fahrgastzelle durch den Klimatisierungskältemittelkreislauf und die Kühlung des Wärme erzeugenden Geräts durch den Kältemittelabzweigungskreislauf parallel durchgeführt werden, das Öffnen und Schließen des Abzweigungssteuerventils entsprechend der aktuellen Kühlleistung des Klimatisierungskältemittelkreislaufs steuert.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine Steuerung durchführt, die eine erfasste Temperatur, die eine aktuelle Kühlleistung des Klimatisierungskältemittelkreislaufs anzeigt, auf einen Sollwert steuert, wobei sie für den Fall, dass die erfasste Temperatur höher als der Sollwert oder ein Einstellwert ist, der niedriger als der Sollwert ist, das Abzweigungssteuerventil schließt, und für den Fall, dass die erfasste Temperatur niedriger als der Sollwert oder ein Einstellwert ist, der niedriger als der Sollwert ist, das Abzweigungssteuerventil öffnet.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Temperatur eine Wärmesenkentemperatur oder eine Ausblastemperatur des Klimatisierungskältemittelkreislaufs ist.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellwert auf einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert mit einer festgelegten Temperaturdifferenz dazwischen eingestellt ist, wobei die Steuereinheit das Abzweigungssteuerventil schließt, wenn die erfasste Temperatur auf oder über den oberen Grenzwert ansteigt, und das Abzweigungssteuerventil öffnet, wenn die erfasste Temperatur auf oder unter den unteren Grenzwert absinkt.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit vor Beginn des Steuerns des Öffnens und Schließens des Abzweigungssteuerventils einen Kompressor des Klimatisierungskältemittelkreislaufs auf eine eingestellte Drehzahl erhöht.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die eingestellte Drehzahl unter Berücksichtigung der geforderten Kühlleistung für das Wärme erzeugende Gerät eingestellt wird.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kühlung des Wärme erzeugenden Geräts durch den Kältemittelabzweigungskreislauf eine unmittelbare Kühlung durch das Kältemittel ist.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Wärme erzeugenden Geräts durch den Kältemittelabzweigungskreislauf eine Kühlung durch einen Wärmeträger in Wärmeaustausch mit dem Kältemittelabzweigungskreislauf ist.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Kältemitteltemperatur des Kältemittelabzweigungskreislaufs oder die Temperatur des Wärme erzeugenden Geräts überwacht und für den Fall, dass die Kältemitteltemperatur oder die Temperatur des Wärme erzeugenden Geräts eine eingestellte niedrige Temperatur erreicht, das Steuern des Öffnens und Schließens des Abzweigungssteuerventils von einer Steuerung entsprechend der aktuellen Kühlleistung des Klimatisierungskältemittelkreislaufs auf eine Steuerung umschaltet, bei der die Kältemitteltemperatur oder die Temperatur des Wärme erzeugenden Geräts auf einen Sollwert gebracht wird.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Wärmeträgertemperatur des Wärmeträgers in Wärmeaustausch mit dem Kältemittelabzweigungskreislauf oder die Temperatur des Wärme erzeugenden Geräts überwacht und für den Fall, dass die Wärmeträgertemperatur oder die Temperatur des Wärme erzeugenden Geräts eine eingestellte niedrige Temperatur erreicht, das Steuern des Öffnens und Schließens des Abzweigungssteuerventils von einer Steuerung entsprechend der aktuellen Kühlleistung des Klimatisierungskältemittelkreislaufs auf eine Steuerung umschaltet, bei der die Wärmeträgertemperatur oder die Temperatur des Wärme erzeugenden Geräts auf einen Sollwert gebracht wird.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit bei einem Übergang in einen Betrieb, bei dem die Kühlung der Fahrgastzelle durch den Klimatisierungskältemittelkreislauf und die Kühlung des Wärme erzeugenden Geräts durch den Kältemittelabzweigungskreislauf parallel durchgeführt werden, mitteilt, dass mit einer vorübergehenden Abnahme der Kühlleistung zu rechnen ist.