用于控制机动车辆的热管理装置的方法与流程

1.本发明涉及电动和混合动力汽车领域，更具体地涉及一种用来管理用于这种机动车辆的具有热泵的加热装置的方法。


背景技术：

2.在电动和混合动力汽车领域，很难兼顾良好的电池续航能力和车辆内部的有效加热，已知的实践是使用具有制冷剂流体回路的热管理装置，制冷剂流体在该制冷剂流体回路内部流通并且该热管理装置可以在热泵模式下操作。起动当混合动力车辆的内燃机处于冷态时，或者对于不具有从中回收热量的内燃机的电动车辆，这种热管理装置在起动时特别有用。制冷剂流体回路在制冷剂流体的流通方向上依次包括压缩机、用于加热流向车辆内部的内部气流的冷凝器、膨胀装置和用于从外部空气吸收热量的蒸发器。
3.然而，这些热管理装置可能需要很长时间才能升温，因此在达到用户确定的设定点温度之前可能需要一定的时间。
4.为了减少达到设定点温度的该时间，已知的做法是在热管理装置内添加电加热装置。然而，根据控制热管理装置的方法，达到设定点温度的时间可能仍然很长。此外，蒸发器结霜的问题，特别是当外界温度小于或等于5℃时，会降低热管理装置的效率。
5.本发明的一个目的是至少部分地弥补现有技术的缺陷，并提出一种用于控制具有改进的电加热装置的热管理装置的方法。


技术实现要素：

6.本发明因此涉及一种用于控制机动车辆的热管理装置的方法，所述热管理装置具有制冷剂流体回路，第一传热流体旨在在其中流通，并且热管理装置被配置为在热泵模式下运行，所述制冷剂流体回路在热泵模式下沿制冷剂流体的流通方向具有：
7.a.
‑
压缩机，
8.b.
‑
第一热交换器，用于直接或间接地与内部气流交换热能，
9.c.
‑
膨胀装置，
10.d.
‑
第二热交换器，旨在让外部气流通过其，
11.e.所述热管理装置还具有旨在直接或间接地加热内部气流的电加热装置，
12.f.所述控制方法在热管理装置冷起动期间包括以下步骤：
13.i
‑
仅通过电加热装置直接或间接加热内部气流，直到所述内部气流达到低于根据用户的请求确定的舒适温度的目标温度，和/或直到预定计时器计时结束，
14.ii
‑
当内部气流达到其目标温度和/或计时器计时结束时，起动压缩机，使制冷剂流体回路从第二热交换器处的外部气流吸取热能，并在第一换热器处释放所述热能，使内部气流达到舒适温度。
15.因此，本发明涉及一种用于作为间接热泵操作的热管理装置的控制方法，即在热泵被触发之前水由电加热器预热的装置，这具有减少外部交换器结霜的优点，并更快地达
到舒适度，然后完全切断电加热器的电源或关闭电加热器以减少消耗。
16.根据本发明的一方面，当内部气流达到其舒适温度时，减少输送到电加热装置的电功率，并保持或增加压缩机的转速，以将内部气流保持在其舒适温度。
17.根据本发明的另一方面，内部气流的要达到的目标温度比舒适温度低10℃。
18.根据本发明的另一方面，计时器在1到3分钟之间，优选地2分钟。
19.根据本发明的另一方面，对于低于
‑
20℃的外界温度，在仅由所述电加热装置直接或间接加热内部气流的第一步骤期间，输送至电加热装置的电功率大于5kw。
20.根据本发明的另一方面，对于在
‑
20℃至
‑
10℃之间的外界温度，在仅由所述电加热装置直接或间接加热内部气流的第一步骤期间，输送至电加热装置的电功率在5kw到3kw之间。
21.根据本发明的另一方面，对于在
‑
10℃至0℃之间的外界温度，在仅由所述电加热装置直接或间接加热内部气流的第一步骤期间，输送至电加热装置的电功率在3kw到1kw之间。
22.根据本发明的另一方面，对于高于0℃的外界温度，在仅由所述电加热装置直接或间接加热内部气流的第一步骤期间，输送至电加热装置的电功率小于1kw。
附图说明
23.本发明的其他特征、细节和优势在阅读以下通过关于附图的说明给出的描述而更加显而易见。
24.图1示出了根据第一实施例的热管理装置的示意图。
25.图2示出了根据第二实施例的热管理装置的示意图。
26.图3示出了根据第三实施例的热管理装置的示意图。
27.图4示出了根据第四实施例的热管理装置的示意图。
28.图5示出了根据第五实施例的热管理装置的示意图。
29.图6示出了根据第六实施例的热管理装置的示意图。
30.图7示出了根据用于控制热管理装置的各种方法的作为时间的函数的内部气流的温度变化的曲线图。
31.在各种附图中，相同的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
32.以下实施例是示例。尽管描述涉及一个或多个实施例，但这并不一定意味着每个附图标记都涉及相同的实施例，或者这些特征仅适用于单个实施例。不同实施例的各个特征也可以组合和/或互换以提供其他实施例。
33.在本说明书中，某些元件或参数可以被索引，例如第一元件或第二元件以及第一参数和第二参数或者第一标准和第二标准等。在这种情况下，所关心的是一个简单的索引，以区分和命名相似但不相同的元件或参数或标准。这种索引并不意味着一个元件、参数或标准相对于另一个元件、参数或标准的优先级，并且在不脱离本说明书的范围的情况下，可以容易地互换这样的名称。这种索引也不意味着任何时间顺序，例如在评估任何给定标准时。
34.在本说明书中，“置于上游”是指一个元件相对于流体的流通方向置于另一个元件之前。相比之下，“置于下游”意味着一个元件相对于流体的流通方向置于另一个元件之后。
35.图1示出了热管理装置1的示意图，特别是用于电动或混合动力车辆的热管理装置。图1中所示的热管理装置1是最简单可行的装置并且具有热泵操作所需的元件。热管理装置1因此包括制冷剂流体流通环路环路a，制冷剂流体能够在其中流通。该制冷剂流体流通环路环路a沿制冷剂流体的流通方向具有：
36.‑
压缩机3，
37.‑
第一热交换器5，用于直接或间接地与内部气流200交换热能，
38.‑
第一膨胀装置7，以及
39.‑
第二热交换器9，旨在让外部气流100通过，
40.内部气流200是指特别是穿过供暖供暖、通风和/或空调装置(未示出)并流向机动车辆内部的气流。为了产生内部气流200，供暖供暖、通风和/或空调装置可以特别地具有风扇(未示出)。外部气流100是指机动车辆外部的空气流，其通过第二热交换器9，该第二热交换器9特别地设置在机动车辆的前面。
41.热管理装置1还具有旨在直接或间接地加热内部气流200的电加热装置60。
42.根据图1所示的第一实施例，第一热交换器5可以是冷凝器，旨在使内部气流200流经它流向机动车辆的内部。为此，第一热交换器5可以更具体地布置在供暖供暖、通风和/或空调装置内。
43.根据该第一实施例，第一热交换器5因此可以与内部气流200直接交换热能。该热能在第二热交换器9(也称为蒸发器)处在外部气流100中回收。该第一实施例也称为直接热泵。
44.就其本身而言，电加热装置60设置在内部气流200中，特别是设置在供暖、通风和/或空调装置中。电加热装置60因此可以直接加热内部气流200。电加热装置60可以特别地沿内部气流200的流通方向设置在第一热交换器5的下游。电加热装置60可以例如是具有一个或多个正温度系数热敏电阻器(也称为首字母缩略词ptc)的高店压加热器。
45.根据图2和图3所示的第二实施例，第一热交换器5可以是双流体热交换器，旨在使制冷剂流体流通环路环路a的制冷剂流体和传热流体流通环路环路b的传热流体共同通过它。该传热流体流通环路环路b特别地具有泵53和旨在使内部气流200通过其的第三热交换器50。为此，第三热交换器50可以更具体地布置在供暖、通风和/或空调装置(未示出)内。
46.根据该第二实施例，第一热交换器5因此可以经由传热流体流通环路环路b及其第三热交换器50与内部气流200间接地交换热能。该热能在第二热交换器9(也称为蒸发器)处在外部气流100中回收。由于该传热流体流通环路环路b的存在，该第二实施例也被称为间接热泵。
47.根据该第二实施例的第一变体，如图2所示，电加热装置60设置在内部气流200中，特别是在供暖、通风和/或空调装置中。电加热装置60因此可以直接加热内部气流200。电加热装置60可以特别地沿内部气流200的流通方向设置在第三热交换器50的下游。
48.根据该第二实施例的第二变体，如图3所示，电加热装置60设置在传热流体流通环路b中。电加热装置60因此可以通过加热传热流体流通环路b的传热流体间接加热内部气流200。电加热装置60可以特别地在传热流体的流通方向上布置在第三热交换器50上游。
49.在图1至3中，制冷剂流体的流通方向由箭头表示。
50.对于这些第一和第二实施例，第一膨胀装置7可以是，例如，膨胀装置，所述膨胀装置的开口可以被控制以控制制冷剂流体在其出口处的压力的膨胀装置，或者是孔管，所述孔管被校准以便在其出口处获得确定的压力。
51.图1至3中的描绘仅仅是热泵装置的架构的示例。其他或多或少复杂的架构是完全可以想象的并且可以落入本发明的范围内。
52.制冷剂流体流通环路a还可以包括相分离装置15，例如干燥剂筒，其布置在压缩机3的上游，在第二热交换器9和所述压缩机3之间。
53.如热管理装置1的第一和第二实施例所示，后者可以单独专用于以热泵模式操作，即通过从外部气流200吸取热能来加热内部气流200。
54.然而，热管理装置1也可以是可逆空调装置，例如图4至图6所示。在这种情形下，热管理装置1被配置为以各种模式运行，例如：
55.‑
冷却模式，其中热管理装置1冷却内部气流200并将热能释放到外部气流100中，
56.‑
热泵模式，其中热管理装置1通过从外部气流100吸取热能来加热内部气流200，
57.‑
除湿模式，其中热管理装置1首先冷却内部气流200，然后对其加热。
58.图4至6中的描绘仅仅是可逆空调装置的架构的示例。其他或多或少复杂的架构是完全可以想象的并且可以落入本发明的范围内。
59.类似于图1至图3中的实施例，热管理装置1仍然具有制冷剂流体流通环路a，该制冷剂流体流通环路a具有压缩机3、第一热交换器5、第一膨胀装置7和第二热交换器9。
60.图4示出了与图1类似的情况，其中第一换热器5和电加热装置60可以直接与内部气流200进行热能交换。
61.图5示出了类似于图2的情况，其中第一换热器5可以经由传热流体流通环路b和第三换热器50与内部气流200间接进行热能交换。就其本身而言，电加热装置60可以与内部气流200直接交换热能。
62.图6示出了类似于图3的情况，其中第一换热器5可以经由传热流体流通环路b和第三换热器50与内部气流200间接进行交换。就其本身而言，电加热装置60可通过加热传热流体流通环路b的传热流体而与内部气流200间接交换热能。
63.仍然如图4至图6所示，热管理装置1还具有将第一接合点31连接到第二接合点32的旁路管线c。第一接合点31设置在第二热交换器9的下游，在所述第二热交换器9和压缩机3之间。就其本身而言，第二接合点32设置在第一接合点31的下游，在所述第一接合点31和压缩机3之间。
64.旁路管线c具有设置在第四热交换器13上游的第二膨胀装置11。该第四热交换器13，也称为内部蒸发器，特别地旨在使内部气流200通过它。更具体地，第四热交换器13可以设置在供暖、通风和/或空调装置(未示出)内，特别是在内部气流200的流通方向上在第一热交换器5或第三热交换器50的上游。
65.为了允许或阻止制冷剂流体进入旁路管线，可以在第一接合点31和第二接合点32之间设置截止阀22。第二膨胀装置11就其本身而言可以包括关闭功能，即，当它完全关闭时，它能够阻止制冷剂流体流入旁路管线c。
66.该旁路管线c用于空调模式或除湿模式，以便通过第四热交换器13冷却内部气流
200。
67.在图4至图6中，仅显示了热泵模式下的操作模式。制冷剂流体的流通方向由箭头表示。截止阀22因此打开并且第二膨胀装置11关闭，使得制冷剂流体不在第四热交换器13中流通。
68.本发明涉及一种用于在冷起动期间控制如上所述的热管理装置1的方法。该管理方法更具体地由机动车辆上的电子控制单元实施。
69.所述控制方法因此在热管理装置1的冷起动期间包括以下步骤：
70.‑
仅通过电加热装置60直接或间接加热内部气流200，直到所述内部气流200达到低于关于用户的请求确定的舒适温度的目标温度，和/或直到预定计时器计时结束，
71.‑
当内部气流200达到其目标温度和/或计时器计时结束时，起动压缩机3，使制冷剂流体回路从第二热交换器9处的外部气流100中吸取热能，并在第一换热器5处释放所述热能，使内部气流200达到确保舒适度所需的温度。
72.舒适温度对应于为了加热机动车辆的内部并为了达到用户编程和期望的温度而已经确定的内部气流200的温度。
73.内部气流200要达到的目标温度可以特别是比舒适控制器发送的设定点温度低0℃至30℃、优选低5℃至15℃的温度。
74.舒适温度对应于为了加热机动车辆的内部并为了达到用户编程和期望的温度而已经确定的内部气流200的温度。
75.内部气流200的要达到的目标温度特别地可以是比舒适温度低10℃至30℃的温度。该温度的选择同时取决于外部温度、气流水平和加热的实施方式，特别是直接或间接电加热。例如，目标温度可以在35℃和50℃之间，优选地在40℃和45℃之间。
76.例如，目标温度可以在10℃和70℃之间，优选地在35℃和50℃之间。
77.就计时器而言，它可以在1到3分钟之间，优选地2分钟。
78.取决于外界温度，在仅由所述电加热装置60直接或间接加热内部气流200的第一步骤期间输送至电加热装置60的电功率可以变化。实际上，外部温度越低，就越需要传输大量的电能以快速加热内部气流200。
79.因此，对于低于
‑
20℃的外界温度，输送至电加热装置60的电功率可以大于5kw。
80.对于在
‑
20℃至
‑
10℃之间的外界温度，输送至电加热装置60的电功率可以在5到3kw之间。
81.对于在
‑
10℃至0℃之间的外界温度，输送至电加热装置60的电功率可以在3到1kw之间。
82.最后，对于高于0℃的外界温度，输送至电加热装置60的电功率可以小于1kw。
83.发送到电加热装置60的电功率的这种变化使得可以使电消耗适应要求，当外部温度变得接近0℃时限制消耗。因此，这使得可以节省电能并因此提高电池续航能力，特别是对于电动或混合动力车辆。
84.用于控制热管理装置1的方法还可以包括附加步骤，其中当内部气流200达到其舒适温度时，减少输送到电加热装置60的电功率，并保持或增加压缩机3的转速以将内部气流200保持在其舒适温度。
85.该第三步骤使得可以在电加热装置处使用更少的电能并使用消耗更少能量的制
冷剂流体回路a。
86.图7示出了根据用于控制热管理装置1的各种方法的作为时间(分钟)的函数的内部气流200的温度(℃)变化的曲线图。在这种情况下，外界空气温度为
‑
18℃。在该图7的示例中使用的热管理装置1是间接热泵，其具有如在第二实施例的第二变体中所描述的加热传热流体的电加热装置60(参见图3和图6)。
87.在图7的该曲线图中，曲线a示出了对于其中仅使用热泵而不使用电加热装置60的方法的内部气流200的温度变化。因此，只有压缩机3和泵53在运行。该曲线a在大约42℃的内部气流200的温度处包括具有平台的对数分布。
88.曲线b示出了在功率为4kw时仅使用电加热装置60的方法的内部气流200的温度变化。因此，只有电加热装置60和泵53在运行。该曲线b还具有比曲线a更快的温度增加的对数分布，由更陡的斜率示出，并且在内部气流200的温度约50℃处具有平台，其高于曲线a的平台。
89.曲线c本身示出了根据本发明的方法的内部气流200的温度变化，其中首先仅使用电加热装置60，功率为4kw，持续时间2分钟。在这2分钟内，显示温度升高速度的曲线c的斜率与曲线b的斜率相同。其次，在这2分钟结束时，通过起动压缩机3来起动热泵。然后，曲线c显示出比曲线b更陡峭的斜率，表明在达到约65℃的温度的平台之前温度上升更快，远高于曲线a和b。
90.曲线d还示出了根据本发明的方法的内部气流200的温度变化，其中首先仅使用功率为5kw的电加热装置60，直到达到48℃的目标内部气流温度。在前2分钟期间，显示温度升高速度的曲线d的斜率与曲线b和c的斜率相同。直到4分钟，曲线d的斜率仍与曲线c的斜率相同。曲线d的斜率然后小于曲线c的斜率同时保持大于曲线b的斜率，直到内部气流200达到48℃的温度。其次，当内部气流200处于48℃时，通过起动压缩机3来起动热泵。然后，曲线d显示出比曲线c更陡峭的斜率，表明在达到约66℃的温度的平台之前温度上升更快，远高于曲线a和b。曲线d在曲线c之前达到平台，表明更快的加热。
91.因此，可以清楚地看出，根据本发明的管理方法允许更快的温度上升，同时在冷起动时具有高的性能系数。这为车辆内部的一名或多名用户带来了更好的舒适度。