DE102024107978A1

DE102024107978A1 - Kältemittelkreis mit saugseitiger Druckabsenkung am Verdichter durch Volumenstromeinstellung am Chiller, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreises

Info

Publication number: DE102024107978A1
Application number: DE102024107978.9A
Authority: DE
Inventors: Julian Cherchi; Samuel Siegel; Thimo Hug; Bernd Schäfer
Original assignee: Audi AG; Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Audi AG; Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2024-03-20
Filing date: 2024-03-20
Publication date: 2025-09-25
Also published as: CN120680895A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kältemittelkreis (10) für ein Kraftfahrzeug. In einem ersten Betriebsmodus ist ein von einem Verdichter (14) des Kältemittelkreises (10) gefördertes Kältemittel einem mit Umgebungsluft kühlbaren Kondensator (16) zuführbar. Das von dem Kondensator (16) kommende Kältemittel ist mittels einer Expansionseinrichtung (20) entspannbar und einem Chiller (22) zuführbar. Der Kältemittelkreis (10) ist in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar, in welchem das Kältemittel anstelle des Kondensators (16) einem Heizwärmetauscher (40) zuführbar ist. Das von dem Heizwärmetauscher (40) kommende Kältemittel ist mittels der Expansionseinrichtung (20) entspannbar und dem Chiller (22) zuführbar. Der Kältemittelkreis (10) umfasst eine Steuerungseinrichtung (44), welche in dem zweiten Betriebsmodus einen den Chiller (22) durchströmenden Kühlmittelstrom einstellt. Dadurch ist ein an einer Saugseite (30) des Verdichters (14) anliegender Druck des Kältemittels einstellbar, welcher geringer ist als ein Druck des Kältemittels in dem Kondensator (16). Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben des Kältemittelkreises (10).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kältemittelkreis für ein Kraftfahrzeug, welcher in einem ersten Betriebsmodus betreibbar ist. In dem ersten Betriebsmodus ist ein von einem Verdichter des Kältemittelkreises gefördertes Kältemittel einem Kondensator zuführbar, welcher mit Umgebungsluft kühlbar ist. In dem ersten Betriebsmodus ist das von dem Kondensator kommende Kältemittel mittels einer Expansionseinrichtung entspannbar, wobei das mittels der Expansionseinrichtung entspannte Kältemittel in dem ersten Betriebsmodus einem Chiller des Kältemittelkreises zuführbar ist. Der Chiller ist einerseits von dem Kältemittel und andererseits von einem Kühlmittel durchströmbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kältemittelkreis und ein Verfahren zum Betreiben des Kältemittelkreises.
Die DE 10 2019 201 427 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Kälteanlage eines Fahrzeugs, bei welchem das von einem Kondensator her kommende Kältemittel wahlweise einem Chiller oder einem Innenraum-Verdampfer zugeführt werden kann.
Ein Batteriekühlsystem mit einem Chiller, welcher sowohl in einen Kältemittelkreislauf als auch in einen Kühlmittelkreislauf eingebunden ist, ist in der DE 10 2010 038 773 A1 beschrieben.
Insbesondere bei einem Kältemittelkreis, bei welchem je nach Betriebsmodus unterschiedliche Zweige des Kältemittelkreises von Kältemittel durchströmt werden, kann es zu einem Einlagern von Kältemittel in inaktiven, also in dem jeweiligen Betriebsmodus nicht von Kältemittel durchströmten Zweigen des Kältemittelkreises kommen. Dies kann dazu führen, dass in dem aktiven Zweig des Kältemittelkreises eine Unterfüllung mit Kältemittel vorliegt, also der aktive Zweig nicht ausreichend mit Kältemittel gefüllt ist, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.
Dem kann begegnet werden, indem in einem Kältemittelsammler des Kältemittelkreises Kältemittel bevorratet wird. Jedoch beansprucht ein solcher Kältemittelsammler Bauraum, und der Kältemittelsammler erhöht das Gewicht des Kältemittelkreises. Zudem sind für den Kältemittelsammler regulatorische oder gesetzliche Anforderungen zu beachten, welche insbesondere mit einem Wartungsaufwand einhergehen. Daher weist der Kältemittelsammler üblicherweise ein Volumen auf, welches lediglich in begrenztem Maße zum Ausgleichen der in unterschiedlichen Betriebsmodi des Kältemittelkreises bereitzustellenden Kältemittelmengen geeignet ist. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn in dem Kältemittelkreis ein Rückführen von in einem inaktiven Zweig oder Abschnitt des Kältemittelkreises versacktem Kältemittel in den aktiven Zweig oder Abschnitt realisiert werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kältemittelkreis der eingangs genannte Art zu schaffen, welcher eine Rückgewinnung von Kältemittel aus einem inaktiven Abschnitt des Kältemittelkreises ermöglicht, sowie ein Kraftfahrzeug mit dem Kältemittelkreis und ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben des Kältemittelkreises anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Kältemittelkreis mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Der erfindungsgemäße Kältemittelkreis für ein Kraftfahrzeug ist in einem ersten Betriebsmodus betreibbar, in welchem ein von einem Verdichter des Kältemittelkreises gefördertes Kältemittel einem Kondensator zuführbar ist, welcher mit Umgebungsluft kühlbar ist. In dem ersten Betriebsmodus ist das von dem Kondensator kommende Kältemittel mittels einer Expansionseinrichtung entspannbar ist, wobei das mittels der Expansionseinrichtung entspannte Kältemittel in dem ersten Betriebsmodus einem Chiller des Kältemittelkreises zuführbar ist. Der Chiller ist einerseits von dem Kältemittel und andererseits von einem Kühlmittel durchströmbar. Der Kältemittelkreis ist in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar, in welchem das von dem Verdichter geförderte Kältemittel anstelle des Kondensators einem Heizwärmetauscher des Kältemittelkreises zuführbar ist. Der Heizwärmetauscher ist dazu ausgebildet, einen in einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbaren Luftstrom zu erwärmen. In dem zweiten Betriebsmodus ist das von dem Heizwärmetauscher kommende Kältemittel mittels der Expansionseinrichtung entspannbar, und das entspannte Kältemittel ist dem Chiller zuführbar. Der Kältemittelkreis umfasst eine Steuerungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, in dem zweiten Betriebsmodus einen den Chiller durchströmenden Kühlmittelstrom einzustellen. Hierbei ist durch das Einstellen des Kühlmittelstroms ein an einer Saugseite des Verdichters anliegender Druck des Kältemittels einstellbar, welcher geringer ist als ein Druck des Kältemittels in dem Kondensator.
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in dem zweiten Betriebsmodus, in welchem der Verdichter das Kältemittel zu dem Heizwärmetauscher anstatt zu dem Kondensator des Kältemittelkreises fördert, der Kondensator nicht von dem Kältemittel durchströmt wird. Folglich befindet sich der Kondensator in einem inaktiven Abschnitt oder inaktiven Zweig des Kältemittelkreises. Insbesondere in dem Kondensator kann eine vergleichsweise große Menge an Kältemittel versacken, welche dann nicht für das Durchströmen des aktiven Abschnitts des Kältemittelkreises zur Verfügung steht, also des Abschnitts oder Zweigs, in welchem sich der Heizwärmetauscher und der Chiller befinden, die in dem zweiten Betriebsmodus von dem Kältemittel durchströmt werden.
Daher ist es vorteilhaft, wenn aus dem Kondensator Kältemittel abgesaugt werden kann, indem in dem Kondensator enthaltenes Kältemittel der Saugseite des Verdichters zugeführt wird. Dies kann vorliegend sehr einfach erreicht werden, indem die Steuerungseinrichtung dafür sorgt, dass an der Saugseite des Verdichters ein Druck des Kältemittels eingestellt wird, welcher geringer ist als der Druck des Kältemittels in dem Kondensator. Denn wenn ein solches Druckgefälle vorliegt, ist ein Abführen von Kältemittel aus dem Kondensator ermöglicht. Daher ermöglicht der Kältemittelkreis in dem zweiten Betriebsmodus eine Rückgewinnung von Kältemittel aus einem inaktiven Abschnitt des Kältemittelkreises.
Dem Betriebskonzept, gemäß welchem die Steuerungseinrichtung für das Einstellen des geeigneten, an der Saugseite des Verdichters anliegenden Drucks des Kältemittels sorgt, liegt folgende Erkenntnis zugrunde. Der den Chiller durchströmende Kühlmittelstrom kann als Wärmequelle für das Kältemittel genutzt werden. Denn von dem flüssigen Kühlmittel, welches in dem Chiller eine höhere Temperatur aufweist als das Kältemittel, kann Wärme an das mittels der Expansionseinrichtung entspannte Kältemittel abgegeben werden. Diese Wärmeaufnahme durch das Kältemittel führt zu einer Erhöhung der Temperatur und folglich auch des Drucks in dem Kältemittel.
Bei einer gegebenen Temperaturdifferenz des den Chiller durchströmenden Kühlmittelstroms und des den Chiller durchströmenden Kältemittels kann somit durch Verändern des Kühlmittelstroms Einfluss auf die Temperatur und somit auch den Druck des Kältemittels genommen werden, welches den Chiller verlässt und von dem Chiller aus hin zu der Saugseite des Verdichters gelangt. Dementsprechend kann beispielsweise durch ein Verringern des den Chiller durchströmenden Kühlmittelstroms dafür gesorgt werden, dass der Druck in dem Kältemittel absinkt, welcher an der Saugseite des Verdichters anliegt.
Auf diese Weise kann die Steuerungseinrichtung dafür sorgen, dass ein Druckgefälle vorliegt, bei welchem der an der Saugseite des Verdichters anliegende Druck des Kältemittels geringer ist als der Druck des Kältemittels in dem Kondensator. So kann auf sehr einfache Weise in dem Kondensator eingelagertes Kältemittel in den aktiven, also von dem Kältemittel durchströmten Abschnitt oder Zweig des Kältemittelkreises rückgeführt werden. Dies ist vorteilhaft, um in dem aktiven Zweig oder Abschnitt des Kältemittelkreises für ein Vorhandensein einer stets ausreichenden Menge an Kältemittel zu sorgen. Denn dies ist insbesondere einem stabilen Betrieb des Kältemittelkreises in dem zweiten Betriebsmodus zuträglich.
Vorzugsweise umfasst der Kältemittelkreis eine Verteileinrichtung, mittels welcher das Zuführen des von dem Verdichter geförderten Kältemittels in dem ersten Betriebsmodus zu dem Kondensator und in dem zweiten Betriebsmodus zu dem Heizwärmetauscher bewirkbar ist. Hierbei ist die Verteileinrichtung in dem zweiten Betriebsmodus in einer Verteilstellung betreibbar, in welcher in dem Kondensator enthaltenes Kältemittel über die Verteileinrichtung der Saugseite des Verdichters zuführbar ist. Durch Betreiben der Verteileinrichtung in der Verteilstellung kann in dem zweiten Betriebsmodus somit sehr einfach und zuverlässig dafür gesorgt werden, dass Kältemittel aus dem Kondensator hin zu dem Verdichter gelangt.
Die Verteileinrichtung kann beispielsweise als Mehrwegeventil ausgebildet sein, welches einen Einlass für von dem Verdichter her kommendes Kältemittel sowie einen ersten Auslass für dem Kondensator zuführbares Kältemittel und einen zweiten Auslass für dem Heizwärmetauscher zuführbares Kältemittel aufweist. Dementsprechend kann in der Verteilstellung der Verteileinrichtung der erste Auslass als Einlass genutzt werden, über welchen das Kältemittel von dem Kondensator her in die Verteileinrichtung eintreten kann. Und über einen weiteren Auslass der Verteileinrichtung kann das von dem Kondensator her abgesaugte Kältemittel hin zu der Saugseite des Verdichters gelangen.
Vorzugsweise ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einem von dem Verdichter geförderten Kältemittelstrom und von einer Differenz zwischen dem an der Saugseite des Verdichters anliegenden Druck des Kältemittels und dem Druck des Kältemittels in dem Kondensator ein Absaugen von Kältemittel aus dem Kondensator zu beenden. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich aus dem von dem Verdichter geförderten Kältemittelstrom und der Druckdifferenz sehr einfach eine Menge an Kältemittel bestimmen lässt, welche in dem zweiten Betriebsmodus aus dem Kondensator abgesaugt wird.
Insbesondere kann ein Schwellenwert der aus dem Kondensator abzusaugenden Menge an Kältemittel festgelegt werden, wobei bei einem Erreichen oder Überschreiten des Schwellenwerts das Absaugen von Kältemittel aus dem Kondensator beendet werden kann. Eine derartige Betriebsstrategie lässt sich besonders einfach implementieren.
Vorzugsweise weist der Kältemittelkreis eine Rückführleitung auf, über welche von einer Druckseite des Verdichters her Kältemittel unter Umgehung des Heizwärmetauschers und des Chillers der Saugseite des Verdichters zuführbar ist. Hierbei ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet, in dem zweiten Betriebsmodus ein zumindest partielles Öffnen einer in der Rückführleitung angeordneten Absperreinrichtung zu bewirken. Durch das zumindest partielle Öffnen der Absperreinrichtung kann erreicht werden, dass an der Saugseite des Verdichters ein Mindestdruck anliegt, welcher in vorteilhafter Weise nicht unterschritten werden sollte. Beispielsweise kann der an der Saugseite des Verdichters einzustellende Mindestdruck davon abhängig gemacht werden, dass in dem zweiten Betriebsmodus eine von dem Heizwärmetauscher bereitzustellende Heizleistung erreicht werden kann, ohne dass von dem Verdichter eine unerwünscht große Verdichtungsleistung beim Verdichten des Kältemittels aufgebracht zu werden braucht.
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine hohe Verdichtungsleistung des Verdichters mit einem entsprechend hohen Energiebedarf zum Betreiben des Verdichters einhergeht. Ein entsprechendes Betreiben des Verdichters mit einer hohen Leistungsaufnahme kann besonders weitgehend vermieden werden, wenn durch Ansteuern der Absperreinrichtung und damit einhergehend das zumindest partielle Öffnen der Absperreinrichtung an der Saugseite des Verdichters der Mindestdruck eingestellt wird.
Die Absperreinrichtung kann nach Art einer Fixdrossel ausgebildet sein, welche bei einem Freigeben einen Druck an der Saugseite des Verdichters einstellt, welcher der mittels der Fixdrossel erreichbaren Drosselung des Kältemittelstroms entspricht. Vorzugsweise ist die Absperreinrichtung nach Art eines Proportionalventils ausgebildet, mittels welchem sich sehr einfach unterschiedliche Drücke an der Saugseite des Verdichters einstellen lassen. Denn so kann der an der Saugseite des Verdichters anliegende Druck sehr bedarfsgerecht eingestellt werden.
Durch das Vorsehen der Rückführleitung mit der in der Rückführleitung angeordneten Absperreinrichtung kann sehr viel rascher ein bestimmter Mindestdruck an der Saugseite des Verdichters eingestellt werden als dies durch Verändern des Kühlmittelstroms erreichbar ist, welcher den Chiller in dem zweiten Betriebsmodus durchströmt. Denn nach einem Verringern des Kühlmittelstroms dauert es eine gewisse Zeit, bis durch ein anschließendes Erhöhen des Kühlmittelstroms, welcher durch den Chiller in dem zweiten Betriebsmodus hindurchströmt, eine Temperatur des den Chiller verlassenden Kältemittels ausreichend weit angehoben ist, um an der Saugseite den gewünschten Mindestdruck bereitzustellen.
Ebenso ist eine zeitliche Trägheit zu berücksichtigen, wenn durch Verringern des Kühlmittelstroms, welcher in dem zweiten Betriebsmodus durch den Chiller hindurchströmt, der Druck des Kältemittels an der Saugseite des Verdichters absinkt. Auch in einem solchen Fall kann durch das zumindest partielle Öffnen der Absperreinrichtung dafür gesorgt werden, dass der gerade im Sinken begriffene Druck an der Saugseite des Verdichters nicht unter den gewünschten Mindestdruck absinkt.
Daher ist das Vorsehen der Absperreinrichtung, welche veranlasst durch die Steuerungseinrichtung zumindest partiell geöffnet werden kann, in der Rückführleitung vorteilhaft.
Insbesondere kann durch das Vorsehen der die Absperreinrichtung aufweisenden Rückführleitung sichergestellt werden, dass eine von dem Heizwärmetauscher bereitzustellende Heizleistung stets erfüllt werden kann. Dies ist für einen hohen Komfort von sich in dem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs befindenden Fahrzeuginsassen vorteilhaft, wenn der Kältemittelkreis in dem Kraftfahrzeug installiert ist und in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird.
Vorzugsweise ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet, bei dem Einstellen des den Chiller durchströmenden Kühlmittelstroms eine Temperatur der Umgebungsluft zu berücksichtigen, mit welcher der Kondensator beaufschlagbar ist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Druck des Kältemittels in dem Kondensator von der Temperatur der Umgebungsluft abhängig ist, mit welcher der Kondensator beaufschlagbar ist. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Steuerungseinrichtung die Temperatur der Umgebungsluft bei dem Einstellen des den Chiller durchströmenden Kühlmittelstroms berücksichtigt.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Kältemittelkreis eine erste Sensoreinrichtung umfasst, mittels welcher in dem zweiten Betriebsmodus ein Druck und/oder eine Temperatur des Kältemittels in dem Kondensator erfassbar ist, wobei der Kältemittelkreis eine zweite Sensoreinrichtung umfasst, mittels welcher ein Druck und/oder eine Temperatur des Kältemittels an der Saugseite des Verdichters erfassbar ist. Hierbei sind die Sensoreinrichtungen dazu ausgebildet, den Druck und/oder die Temperatur des Kältemittels an die Steuerungseinrichtung zu übermitteln. Auf diese Weise lässt sich eine Differenz zwischen dem an der Saugseite des Verdichters anliegenden Druck des Kältemittels und dem Druck des Kältemittels in dem Kondensator sehr einfach und zuverlässig bestimmen. Dies ist vorteilhaft, wenn es gilt, eine Druckdifferenz einzustellen, welche ein Absaugen von Kältemittel aus dem Kondensator in dem zweiten Betriebsmodus ermöglicht.
Vorzugsweise umfasst der Kältemittelkreis einen Verdampfer, welchem eine weitere Expansionseinrichtung vorgeschaltet ist. Der Verdichter ist dazu ausgebildet, den in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbaren Luftstrom zu kühlen und/oder zu entfeuchten. In einem weiteren Betriebsmodus des Kältemittelkreises kann das von dem Kondensator kommende und mittels der weiteren Expansionseinrichtung entspannte Kältemittel dem Verdampfer zuführbar sein. Zusätzlich oder alternativ kann in dem ersten Betriebsmodus das von dem Kondensator kommende Kältemittel teilweise dem Chiller und teilweise dem Verdampfer zuführbar sein.
Durch das Vorsehen eines solchen Verdampfers lässt sich in vorteilhafter Weise der in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbare Luftstrom je nach Bedarf kühlen und/oder entfeuchten. Dadurch ist eine sehr vielfältige Nutzbarkeit des Kältemittelkreises gegeben.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist den erfindungsgemäßen Kältemittelkreis auf. Dadurch lassen sich die Betriebsmodi des Kältemittelkreises in dem Kraftfahrzeug in vorteilhafter Weise nutzen.
Vorzugsweise ist das Kraftfahrzeug als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildet. Insbesondere bei einem derartigen Kraftfahrzeug ist es nämlich von Vorteil, dass durch den Kältemittelkreis eine Vielzahl von Konditionierungsanforderungen erfüllt werden können, etwa ein Kühlen und ein Heizen des Fahrgastraums, ein Kühlen und ein Heizen eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs, insbesondere in Form einer Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs, sowie Kombinationen dieser Konditionierungsstrategien.
Bei Ausbildung des elektrischen Energiespeichers des Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs als Hochvoltbatterie weist der elektrische Energiespeicher eine Nennleistung von mehr als 60 Volt und insbesondere von bis zu mehreren hundert Volt auf.
Vorzugsweise ist der Chiller in einen Kühlmittelkreis des Kraftfahrzeugs eingebunden, wobei mittels des den Chiller durchströmenden Kühlmittelstroms Wärme von wenigstens einer elektrischen Einrichtung des Kraftfahrzeugs abführbar ist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass elektrische Einrichtungen, wie beispielsweise der elektrische Energiespeicher des Kraftfahrzeugs und/oder wenigstens ein elektrischer Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs und/oder ein Ladegerät und/oder wenigstens eine Leistungselektronik etwa in Form eines Wandlers, insbesondere eines Gleichspannungswandlers oder DC/DC-Wandlers, einen Kühlbedarf haben. Durch das Kühlen kann eine unerwünscht starke Erwärmung derartiger elektrischer Einrichtungen im Betrieb derselben unterbunden werden. Daher ist es vorteilhaft, die Abwärme derartiger elektrischer Einrichtungen als Wärmequelle für den Kältemittelkreis zu nutzen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreises für ein Kraftfahrzeug ist der Kältemittelkreis in einem ersten Betriebsmodus betreibbar ist, in welchem ein von einem Verdichter des Kältemittelkreises gefördertes Kältemittel einem Kondensator zuführbar ist, welcher mit Umgebungsluft kühlbar ist. In dem ersten Betriebsmodus ist das von dem Kondensator kommende Kältemittel mittels einer Expansionseinrichtung entspannbar. Das mittels der Expansionseinrichtung entspannte Kältemittel ist in dem ersten Betriebsmodus einem Chiller des Kältemittelkreises zuführbar, welcher einerseits von dem Kältemittel und andererseits von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Der Kältemittelkreis wird in einem zweiten Betriebsmodus betrieben, in welchem das von dem Verdichter geförderte Kältemittel anstelle des Kondensators einem Heizwärmetauscher des Kältemittelkreises zugeführt wird. Der Heizwärmetauscher ist dazu ausgebildet, einen in einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbaren Luftstrom zu erwärmen. In dem zweiten Betriebsmodus wird das von dem Heizwärmetauscher kommende Kältemittel mittels der Expansionseinrichtung entspannt und das entspannte Kältemittel wird dem Chiller zugeführt. Der Kältemittelkreis umfasst eine Steuerungseinrichtung, welche in dem zweiten Betriebsmodus einen den Chiller durchströmenden Kühlmittelstrom einstellt. Durch das Einstellen des Kühlmittelstroms wird ein an einer Saugseite des Verdichters anliegender Druck des Kältemittels eingestellt, welcher geringer ist als ein Druck des Kältemittels in dem Kondensator. Dies ermöglicht eine Rückgewinnung von Kältemittel aus einem inaktiven Abschnitt des Kältemittelkreises in Form des Kondensators.
Die für den erfindungsgemäßen Kältemittelkreis beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten in analoger Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Zu der Erfindung gehören demnach auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kältemittelkreises beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus ausgestaltet.
Zu der Erfindung gehört auch die Steuerungseinrichtung für das Kraftfahrzeug. Die Steuerungseinrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Als Mikroprozessor kann insbesondere jeweils eine CPU (Central Processing Unit), eine GPU (Graphical Processing Unit) oder eine NPU (Neural Processing Unit) verwendet werden. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Die Prozessoreinrichtung kann z.B. auf zumindest einer Schaltungsplatine und/oder auf zumindest einem SoC (System on Chip) basieren.
Als eine weitere Lösung umfasst die Erfindung auch ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Programmcode, der bei der Ausführung durch einen Computer oder einen Computerverbund diesen veranlasst, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Das Speichermedium kann zumindest teilweise als ein nicht-flüchtiger Datenspeicher (z.B. als eine Flash-Speicher und/oder als SSD - solid state drive) und/oder zumindest teilweise als ein flüchtiger Datenspeicher (z.B. als ein RAM - random access memory) bereitgestellt sein. Das Speichermedium kann in dem Computer oder Computerverbund angeordnet sein. Das Speichermedium kann aber auch beispielsweise als sogenannter Appstore-Server und/oder Cloud-Server im Internet betrieben sein. Durch den Computer oder Computerverbund kann eine Prozessorschaltung mit beispielsweise zumindest einem Mikroprozessor bereitgestellt sein. Der Programmcode kann als Binärcode und/oder als Assembler-Code und/oder als Quellcode einer Programmiersprache (z.B. C) und/oder als Programmskript (z.B. Python) bereitgestellt sein.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 schematisch einen Kältemittelkreis für ein Kraftfahrzeug, wobei in einem anhand von 1 beschreibbaren ersten Betriebsmodus ein Kondensator des Kältemittelkreises von Kältemittel durchströmt wird;
2 den Kältemittelkreis gemäß 1 in einem weiteren Betriebsmodus, in welchem nicht der Kondensator, sondern ein Heizwärmetauscher des Kältemittelkreises mit Kältemittel beaufschlagt wird, wobei aus dem Kondensator Kältemittel abgesaugt wird; und
3 stark schematisiert ein Kraftfahrzeug, welches den Kältemittelkreis gemäß 1 aufweist.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
In 1 ist ein Kältemittelkreis 10 dargestellt, wie er in einem in 3 gezeigten Kraftfahrzeug 12 zum Einsatz kommen kann. Der Kältemittelkreis 10 umfasst einen Verdichter 14, welcher dazu ausgebildet ist, Kältemittel in unterschiedlichen Betriebsmodi durch unterschiedliche Zweige oder Abschnitte des Kältemittelkreises 10 zu fördern. Gemäß 1 kann der Kältemittelkreis 10 in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden, in welchem von dem Verdichter 14 gefördertes Kältemittel einem Kondensator 16 des Kältemittelkreises 10 zugeführt wird. Der Kondensator 16 ist mit Umgebungsluft beaufschlagbar und kann beispielsweise an einer Fahrzeugfront 18 des Kraftfahrzeugs 12 (vergleiche 3) hinter einem (vorliegend nicht näher gezeigten) Kühlergrill des Kraftfahrzeugs 12 angeordnet sein.
In dem mit Bezug auf 1 erläuterten ersten Betriebsmodus des Kältemittelkreises 10 findet in dem Kondensator 16 ein Abkühlen, insbesondere ein Kondensieren, des von dem Verdichter 14 geförderten Kältemittels statt. Anschließend kann das Kältemittel in dem ersten Betriebsmodus einer ersten Expansionseinrichtung 20 des Kältemittelkreises 10 zugeführt werden, welche einem Chiller 22 des Kältemittelkreises 10 vorgeschaltet ist. Das mittels der ersten Expansionseinrichtung 20 entspannte Kältemittel wird somit in dem ersten Betriebsmodus dem Chiller 22 zugeführt.
Der Chiller 22 ist einerseits von dem Kältemittel und andererseits von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbar. Dementsprechend ist eine Kühlmittelseite 24 des Chillers 22 in einen Kühlmittelkreis 26 des Kraftfahrzeugs 12 eingebunden, wenn der Kältemittelkreis 10 und der Kühlmittelkreis 26 in das Kraftfahrzeug 12 eingebaut sind. Demgegenüber ist eine von dem Kältemittel durchströmbare Kältemittelseite 28 des Chillers 22 in den Kältemittelkreis 10 eingebunden.
In dem Chiller 22 kann von einem Kühlmittelstrom, welcher den Kühlmittelkreis 26 durchströmt, Wärme an das Kältemittel abgegeben werden. Das auf diese Weise erwärmte Kältemittel wird dann wieder einer Saugseite 30 des Verdichters 14 zugeführt.
Aus 1 ist ersichtlich, dass in dem ersten Betriebsmodus das von dem Kondensator 16 her kommende Kältemittel zusätzlich einem Verdampfer 32 des Kältemittelkreises 10 zugeführt werden kann. Ebenso ist es möglich, dass das von dem Verdichter 14 geförderte Kältemittel ausschließlich dem Verdampfer 32 zugeführt wird.
Dem Verdampfer 32 ist ebenfalls eine Expansionseinrichtung 34 vorgeschaltet, mittels welchem sich das dem Verdampfer 32 zugeführte Kältemittel entspannen lässt. Der Verdampfer 32 ist zum Kühlen eines Luftstroms ausgebildet, welcher in einen Fahrgastraum 36 des Kraftfahrzeugs 12 (vergleiche 3) eingebracht werden kann. Hierfür kann der Verdampfer 32 in einem Klimagerät 38 oder Klimakasten des Kältemittelkreises 10 angeordnet sein.
Aus 2 ist ersichtlich, dass der Kältemittelkreis 10 in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden kann, in welchem das von dem Verdichter 14 geförderte Kältemittel nicht dem Kondensator 16, sondern stattdessen einem Heizwärmetauscher 40 des Kältemittelkreises 10 zugeführt wird. Der Heizwärmetauscher 40 ist dazu ausgebildet, den in den Fahrgastraum 36 des Kraftfahrzeugs 12 (vergleiche 3) einbringbaren Luftstrom zu erwärmen. Vorliegend ist der Heizwärmetauscher 40 in dem Klimagerät 38 angeordnet.
In dem zweiten Betriebsmodus wird das von dem Heizwärmetauscher 40 her kommende Kältemittel mittels der ersten Expansionseinrichtung 20 entspannt, welche dem Chiller 22 vorgeschaltet ist. Das die Kühlmittelseite 28 des Chillers 22 verlassende Kältemittel wird so wie in dem mit Bezug auf 1 erläuterten ersten Betriebsmodus wieder der Saugseite 30 des Verdichters 14 zugeführt.
In dem in Bezug auf 2 erläuterten zweiten Betriebsmodus wird der Kondensator 16 nicht aktiv von dem Kältemittel durchströmt, welches der Verdichter 14 fördert. Es kann insbesondere nach einem Umschalten von dem mit Bezug auf 1 erläuterten ersten Betriebsmodus in den mit Bezug auf 2 erläuterten zweiten Betriebsmodus vorkommen, dass eine gewisse Menge an Kältemittel in dem Kondensator 16 verbleibt, welche dann nicht zum Gefördertwerden durch den aktiven Zweig oder Abschnitt des Kältemittelkreises 10 zur Verfügung steht. Der aktive Zweig oder Abschnitt des Kältemittelkreises 10, welcher von dem mittels des Verdichters 14 geförderten Kältemittel durchströmt wird, umfasst hierbei den Heizwärmetauscher 40, den Chiller 22 und den Verdichter 14 sowie die entsprechenden, vorliegend nicht näher im Detail beschriebenen Verbindungsleitungen des Kältemittelkreises 10.
Vorliegend weist der Kältemittelkreis 10 einen Kältemittelsammler 42 auf, welcher als Niederdrucksammler ausgebildet ist. Denn der Kältemittelsammler 42 ist an der Niederdruckseite des Verdichters 14, also stromaufwärts der Saugseite 30 des Verdichters 14 und stromabwärts der in dem jeweiligen Betriebsmodus genutzten Expansionseinrichtung 20, 34, angeordnet.
In dem Kältemittelsammler 42 lässt sich eine gewisse Menge an Kältemittel bevorraten, um in unterschiedlichen Betriebsmodi des Kältemittelkreises 10 eine möglichst weitgehende Befüllung des jeweils aktiven Zweigs oder Abschnitts des Kältemittelkreises 10 sicherzustellen. Jedoch ist das Volumen des Kältemittelsammlers 42 begrenzt. Demgegenüber kann insbesondere in dem nicht aktiv durchströmten Kondensator 16 eine vergleichsweise große Menge an Kältemittel versacken. Es kann also vorkommen, dass die in dem Kältemittelsammler 42 bevorratete Menge nicht in jedem Fall ausreichend ist, um eine ausreichende Befüllung des jeweils aktiven Zweigs oder Abschnitts des Kältemittelkreises 10 mit Kältemittel sicherzustellen.
Dem wird vorliegend wie nachfolgend erläutert begegnet. In dem mit Bezug auf 2 erläuterten zweiten Betriebsmodus stellt eine Steuerungseinrichtung 44 des Kältemittelkreises 10 einen den Chiller 22 durchströmenden Kühlmittelstrom ein. Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung 44 den Volumenstrom des flüssigen Kühlmittels einstellen, welches die Kühlmittelseite 24 des Chillers 22 durchströmt.
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Volumenstrom des Kühlmittels durch den Chiller 22 beziehungsweise durch die Kühlmittelseite 24 des Chillers 22 hindurch Einfluss hat auf die Wärmemenge hat, welche von dem Kühlmittel an das Kältemittel abgegeben wird, welches den Chiller 22 auf dessen Kühlmittelseite 24 durchströmt. Je mehr Wärme von dem Kühlmittelstrom auf das Kältemittel übertragen wird, das den Chiller 22 zu der Saugseite 30 des Verdichters 14 hin verlässt, desto höher ist auch der Druck des Kältemittels an der Saugseite 30 des Verdichters 14.
Vorliegend stellt die Steuerungseinrichtung 44 in dem zweiten Betriebsmodus den Kühlmittelstrom, welcher den Chiller 22 durchströmt, so ein, dass der an der Saugseite 30 des Verdichters 14 anliegende Druck des Kältemittels geringer ist als ein Druck des Kältemittels in dem Kondensator 16. Dieses Druckgefälle von dem Kondensator 16 zu der Saugseite 30 des Verdichters 14 kann genutzt werden, um aus dem Kondensator 16 Kältemittel abzusaugen. Dies ermöglicht eine Rückgewinnung von Kältemittel, welches zuvor in den Umgebungswärmetauscher in Form des Kondensators 16 eingelagert wurde. Dieses zuvor in dem Kondensator 16 eingelagerte oder versackte Kältemittel steht dann wieder in dem aktiven Zweig oder aktiven Teil des Kältemittelkreises 10 zur Verfügung.
Gemäß 2 umfasst der Kältemittelkreis 10 eine Verteileinrichtung 46, welche beispielsweise als Mehrwegeventil ausgebildet sein kann. Über einen Einlass 48 kann das von dem Verdichter 14 her kommende Kältemittel in die Verteileinrichtung 46 eingebracht werden. An einem ersten Auslass 50 kann das Kältemittel die Verteileinrichtung 46 verlassen, wenn der Kältemittelkreis 10 so wie mit Bezug auf 1 erläutert betrieben wird, also in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird.
In dem mit Bezug auf 2 erläuterten zweiten Betriebsmodus verlässt das über den Einlass 48 in die Verteileinrichtung 46 eingebrachte Kältemittel die Verteileinrichtung 46 demgegenüber über einen zweiten Auslass 52 zu dem Heizwärmetauscher 40 hin. In dem mit Bezug auf 1 erläuterten ersten Betriebsmodus verlässt demgegenüber kein Kältemittel die Verteileinrichtung 46 über diesen zweiten Auslass 52.
In dem mit Bezug auf 2 erläuterten zweiten Betriebsmodus wird die Verteileinrichtung 46 in einer Verteilstellung betrieben, in welcher der erste Auslass 50 als Einlass für das von dem Kondensator 16 her angesaugte Kältemittel genutzt wird. Dieses von dem Kondensator 16 her angesaugte Kältemittel kann die Verteileinrichtung 46 an einem dritten Auslass 54 verlassen, wenn der Kältemittelkreis 10 in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird. Von dem dritten Auslass 54 aus kann in dem zweiten Betriebsmodus das Kältemittel zu einem Knotenpunkt 56 des Kältemittelkreises 10 gelangen. An diesem Knotenpunkt 56 mündet eine von dem dritten Auslass 54 her kommende Kältemittelleitung 58 in eine von dem Chiller 22 her kommende weitere Kältemittelleitung 60 ein. Von dem Knotenpunkt 56 aus gelangt das Kältemittel dann über den Kältemittelsammler 42 hin zu der Saugseite 30 des Verdichters 14.
Indem die Steuerungseinrichtung 44 den kühlmittelseitigen Volumenstrom des Kühlmittels an den Chiller 22 einstellt, insbesondere steuert oder regelt, kann der Saugdruck in dem Kältemittelkreis 10, also der an der Saugseite 30 des Verdichters 14 anliegende Druck wie gewünscht beeinflusst werden. Auf diese Weise kann der an der Saugseite 30 des Verdichters 14 anliegende Druck auf einen Wert unterhalb des Ruhedrucks abgesenkt werden, welcher sich aufgrund der Temperatur der Umgebungsluft in dem als Umgebungswärmetauscher ausgebildeten Kondensator 16 einstellt. Diese Steuerung und/oder Regelung des Volumenstroms des Kühlmittels, welches die Kühlmittelseite 24 des Chillers 22 durchströmt, ermöglicht eine Rückgewinnung des Kältemittels aus dem Umgebungswärmetauscher in Form des Kondensators 16 in den aktiven Teil des Kältemittelkreises 10 oder Kältem ittelkreislaufs.
Gemäß 2 weist der Kältemittelkreis 10 vorzugsweise eine Sensoreinrichtung 62, mittels welcher sich der Druck und/oder die Temperatur des Kältemittels an der Saugseite 30 des Verdichters 14 erfassen lässt. So kann besonders einfach festgestellt werden, welcher Druck an der Saugseite 30 des Verdichters 14 anliegt.
Des Weiteren weist der Kältemittelkreis 10 vorzugsweise eine weitere Sensoreinrichtung 64 auf, mittels welcher ein Druck und/oder eine Temperatur des Kältemittels in dem Kondensator 16 erfassbar ist. Bei der in 2 beispielhaft gezeigten Variante des Kältemittelkreises 10 ist die erste Sensoreinrichtung 62 zum Erfassen des an der Saugseite 30 anliegenden Drucks zwischen dem Kältemittelsammler 42 und der Saugseite 30 des Verdichters 14 angeordnet. Und die zweite Sensoreinrichtung 64 zum Erfassen des Drucks und/oder der Temperatur des Kältemittels in dem Kondensator 16 ist zwischen dem Kondensator 16 und der weiteren Expansionseinrichtung 34 angeordnet, welche dem Verdampfer 32 vorgeschaltet ist. Es sind jedoch auch von diesen Anordnungen abweichende Platzierungen der Sensoreinrichtungen 62, 64 in dem Kältemittelkreis 10 möglich.
Um festzustellen, ob es sinnvoll ist, Kältemittel aus dem Kondensator 16 abzusaugen, kann die Steuerungseinrichtung 44 eine Reihe von Bedingungen prüfen. Beispielsweise kann von der Steuerungseinrichtung 44 festgestellt werden, dass ein Wechsel von dem ersten Betriebsmodus (vergleiche 1) in den zweiten Betriebsmodus (vergleiche 2) vorgenommen wurde. Zudem kann von der Steuerungseinrichtung 44 der Druck des Kältemittels in dem Kondensator 16 berücksichtigt werden, welcher abhängig ist von der Temperatur der Umgebungsluft, mit welcher der Kondensator 16 beaufschlagbar ist.
Des Weiteren kann durch Erfassen des an der Saugseite 30 des Verdichters 14 anliegenden Drucks festgestellt werden, ob eine Absenkung des Drucks an der Saugseite 30 des Verdichters 14 vorgenommen werden sollte, um ein Druckgefälle von dem Kondensator 16 zu der Saugseite 30 des Verdichters 14 einzustellen. Der an der Saugseite 30 des Verdichters 14 anliegende Druck kann etwa mittels der stromaufwärts des Verdichters 14 angeordneten Sensoreinrichtung 62 erfasst werden.
Wenn die Steuerungseinrichtung 44 feststellt, dass Bedingungen vorliegen, welche ein Absenken des Drucks an der Saugseite 30 des Verdichters 14 sinnvoll erscheinen lassen, um Kältemittel aus dem Kondensator 16 abzusaugen, kann die Steuerungseinrichtung 44 den durch den Chiller 22 hindurchströmenden Kühlmittelstrom bedarfsgerecht anpassen.
Insbesondere kann durch ein Verringern des die Kühlmittelseite 24 des Chillers 22 durchströmenden Kühlmittelstroms der Saugdruck, also der an der Saugseite 30 des Verdichters 14 anliegende Druck, auf einen Wert abgesenkt werden, welcher unterhalb des von der Temperatur der Umgebungsluft abhängigen Ruhedrucks des Kältemittels in dem Kondensator 16 liegt.
Hierbei berücksichtigt die Steuerungseinrichtung 44 vorzugsweise, welche Heizleistung der Heizwärmetauscher 40 bereitstellen soll, um den in den Fahrgastraum 36 des Kraftfahrzeugs 12 (vergleiche 3) einzubringenden Luftstrom zu erwärmen. Um an dem Heizwärmetauscher 40 eine gewünschte Heizleistung bereitzustellen, ist nämlich von dem Verdichter 14 das Kältemittel auf einen bestimmten Druck zu verdichten. Wenn der an der Saugseite 30 des Verdichters 14 anliegende Druck sehr gering ist, so ist von dem Verdichter 14 demnach eine größere Verdichtungsarbeit zu leisten als bei höherem Saugdruck an der Saugseite 30 des Verdichters 14.
Insbesondere wenn die Umgebungstemperatur sehr niedrig ist, ist auch der Druck des Kältemittels in dem Kondensator 16 in dem mit Bezug auf 2 beschriebenen Betriebsmodus besonders gering. Dies bringt es mit sich, dass an der Saugseite 30 des Verdichters 14 der Druck des Kältemittels sehr weitgehend abzusenken ist, um ein Absaugen von Kältemittel aus dem Kondensator 16 zu bewirken. Dies kann erreicht werden, indem der Volumenstrom des Kältemittels, welches durch die Kühlmittelseite 24 des Chillers 22 hindurchströmt, entsprechend weit abgesenkt wird.
Um dennoch die gewünschte Verdichtung des Kältemittels an einer Druckseite 68 des Verdichters 14 und somit an dem Heizwärmetauscher 40 bereitzustellen, kann eine Leistungsaufnahme des Verdichters 14 erhöht werden. Wenn der Verdichter 14 als elektrisch betriebener Kältemittelverdichter ausgebildet ist, so kann dementsprechend eine Drehzahl des Verdichters 14 erhöht werden. So lässt sich die von dem Heizwärmetauscher 40 bereitzustellende Heizleistung zuverlässig erreichen. Dies ist vorteilhaft.
Gemäß 2 kann der Kältemittelkreis 10 eine Rückführleitung 66 aufweisen, über welche von der Druckseite 68 des Verdichters 14 her kommendes Kältemittel unter Umgehung des Heizwärmetauschers 40 und des Chillers 22 der Saugseite 30 des Verdichters 14 zugeführt werden kann. Hierbei ist die Steuerungseinrichtung 44 dazu ausgebildet, ein zumindest partielles Öffnen einer Absperreinrichtung 70 zu bewirken, welche in der Rückführleitung 66 angeordnet ist. Beispielsweise kann die Absperreinrichtung 70 als Expansionseinrichtung etwa in Form eines Proportionalventils ausgebildet sein. Dadurch lässt sich der an der Saugseite 30 des Verdichters 14 anliegende Niederdruck sehr einfach und präzise einstellen, insbesondere regeln.
Insbesondere kann das zumindest partielle Öffnen der Absperreinrichtung 70 genutzt werden, um in dem Absaugbetrieb des Kältemittelkreises 10, also in dem mit Bezug auf 2 beschriebenen zweiten Betriebsmodus, den an der Saugseite 30 des Verdichters 14 anliegenden Druck auf einem gewünschten Niveau zu halten oder zu stabilisieren. Dies ist vorteilhaft, um eine Heizanforderung, welche durch den Heizwärmetauscher 40 zu befriedigen ist, jederzeit vollständig zu erfüllen, also auch dann, wenn eine aktive Absaugung von Kältemittel aus dem Kondensator 16 stattfindet.
Die Rückführleitung 66, welche stromaufwärts der Verteileinrichtung 46 von einer an dem Einlass 48 der Verteileinrichtung 46 angeordneten Kältemittelleitung 72 abzweigen kann, mündet bei der beispielhaft in 1 und in 2 gezeigten Ausgestaltung des Kältemittelkreises 10 ebenfalls in den Knotenpunkt 56 ein. Dementsprechend fungiert die Rückführleitung 66 als Bypass oder Umgehungsleitung für Heißgas, also für verdichtetes Kältemittel, welches mit hoher Temperatur den Verdichter 14 an der Druckseite 68 des Verdichters 14 verlässt. Wenn der Saugseite 30 des Verdichters 14 entsprechend heißes Kältemittel zugeführt wird, so erleichtert dies das Bereitstellen einer hohen Heizleistung durch den Heizwärmetauscher 40.
Basierend auf dem von dem Verdichter 14 geförderten Kältemittelstrom sowie auf einer Differenz zwischen dem an der Saugseite 30 des Verdichters 14 anliegenden Druck des Kältemittels und dem Druck des Kältemittels in dem Kondensator 16 kann sehr einfach von der Steuerungseinrichtung 44 die bereits aus dem Kondensator 16 abgesaugte Menge an Kältemittel ermittelt werden. Wenn die Steuerungseinrichtung 44 feststellt, dass eine ausreichende Menge an Kältemittel aus dem Kondensator 16 abgesaugt wurde, kann die aktive Kältemittelabsaugung beendet werden. Die aktive Kältemittelabsaugung ist durch das Absenken des Drucks an der Saugseite 30 des Verdichters 14 bewirkbar.
Gemäß 2 lässt sich mittels des den Chiller 22 durchströmenden Kühlmittelstroms Wärme von wenigstens einer elektrischen Einrichtung 74 des Kraftfahrzeugs 12 abführen. Als Beispiele für wenigstens eine derartige elektrische Einrichtung 74 sind in 3 schematisch ein elektrischer Energiespeicher 76 und ein elektrischer Antriebsmotor 78 des Kraftfahrzeugs 12 gezeigt. Der elektrische Energiespeicher 76, welcher insbesondere als Hochvoltbatterie ausgebildet sein kann, ist zum Versorgen des wenigstens einen elektrischen Antriebsmotors 78 mit elektrischer Energie ausgebildet. Und mittels des wenigstens einen elektrischen Antriebsmotors 78 des Kraftfahrzeugs 12 lassen sich vorzugsweise Räder 80 des Kraftfahrzeugs 12 antreiben.
Die wenigstens eine elektrische Einrichtung 74 kann jedoch auch andere und/oder weitere Komponenten des vorzugsweise als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs 12 umfassen, beispielsweise ein (nicht gezeigtes) Ladegerät und/oder einen (nicht gezeigten) Wandler, etwa in Form eines DC/DC-Wandlers, oder dergleichen Komponenten des Kraftfahrzeugs 12.
In 1 und in 2 ist außerdem ein Absperrventil 82 des Kältemittelkreises 10 gezeigt. In dem mit Bezug auf 1 beschriebenen ersten Betriebsmodus unterbindet das Absperrventil 82 ein Hindurchströmen des Kältemittels durch den Heizwärmetauscher 40. Das Absperrventil 82 ist in einer Verbindungsleitung 84 des Kältemittelkreises 10 angeordnet, welche von dem Heizwärmetauscher 40 zu einem weiteren Knotenpunkt 88 des Kältemittelkreises 10 führt.
Je nach Betriebsmodus des Kältemittelkreises 10 kann das Kältemittel von diesem weiteren Knotenpunkt 88 aus hin zu der ersten, dem Chiller vorgeschalteten Expansionseinrichtung 20 oder hin zu der zweiten, dem Verdampfer 32 vorgeschalteten Expansionseinrichtung 34 gelangen. In der in 2 gezeigten Durchlassstellung des Absperrventils 82 gelangt das von dem Heizwärmetauscher 40 her kommende Kältemittel über die Verbindungsleitung 84 hin zu dem Chiller 22.
Des Weiteren sorgt in dem mit Bezug auf 1 erläuterten ersten Betriebsmodus des Kältemittelkreises 10 ein Rückschlagventil 86 dafür, dass Kältemittel von dem weiteren Knotenpunkt 88 des Kältemittelkreises 10 aus nicht wieder zu dem Kondensator 16 zurückströmen kann. Von dem weiteren Knotenpunkt 88 aus kann gemäß 1 in dem ersten Betriebsmodus das Kältemittel beispielsweise hin zu der ersten Expansionseinrichtung 20 und zu der zweiten Expansionseinrichtung 34 gelangen.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein aktives Kältemittelmanagement zum Betreiben eines komplexen Kältemittelkreises 10 oder Kältemittelkreislaufs mit Wärmepumpe in einem elektrifizierten Fahrzeug oder Kraftfahrzeug 12 bereitgestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10 2019 201 427 A1 [0002]
DE 10 2010 038 773 A1 [0003]

Claims

Kältemittelkreis (10) für ein Kraftfahrzeug (12), welcher in einem ersten Betriebsmodus betreibbar ist, in welchem ein von einem Verdichter (14) des Kältemittelkreises (10) gefördertes Kältemittel einem Kondensator (16) zuführbar ist, welcher mit Umgebungsluft kühlbar ist, wobei in dem ersten Betriebsmodus das von dem Kondensator (16) kommende Kältemittel mittels einer Expansionseinrichtung (20) entspannbar ist, wobei das mittels der Expansionseinrichtung (20) entspannte Kältemittel in dem ersten Betriebsmodus einem Chiller (22) des Kältemittelkreises (10) zuführbar ist, welcher einerseits von dem Kältemittel und andererseits von einem Kühlmittel durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreis (10) in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist, in welchem das von dem Verdichter (14) geförderte Kältemittel anstelle des Kondensators (16) einem Heizwärmetauscher (40) des Kältemittelkreises (10) zuführbar ist, wobei der Heizwärmetauscher (40) dazu ausgebildet ist, einen in einen Fahrgastraum (36) des Kraftfahrzeugs (12) einbringbaren Luftstrom zu erwärmen, wobei in dem zweiten Betriebsmodus das von dem Heizwärmetauscher (40) kommende Kältemittel mittels der Expansionseinrichtung (20) entspannbar und das entspannte Kältemittel dem Chiller (22) zuführbar ist, wobei der Kältemittelkreis (10) eine Steuerungseinrichtung (44) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, in dem zweiten Betriebsmodus einen den Chiller (22) durchströmenden Kühlmittelstrom einzustellen, wobei durch das Einstellen des Kühlmittelstroms ein an einer Saugseite (30) des Verdichters (14) anliegender Druck des Kältemittels einstellbar ist, welcher geringer ist als ein Druck des Kältemittels in dem Kondensator (16).
Kältemittelkreis (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreis (10) eine Verteileinrichtung (46) umfasst, mittels welcher das Zuführen des von dem Verdichter (14) geförderten Kältemittels in dem ersten Betriebsmodus zu dem Kondensator (16) und in dem zweiten Betriebsmodus zu dem Heizwärmetauscher (40) bewirkbar ist, wobei die Verteileinrichtung (46) in dem zweiten Betriebsmodus in einer Verteilstellung betreibbar ist, in welcher in dem Kondensator (16) enthaltenes Kältemittel über die Verteileinrichtung (46) der Saugseite (30) des Verdichters (14) zuführbar ist.
Kältemittelkreis (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (44) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem von dem Verdichter (14) geförderten Kältemittelstrom und von einer Differenz zwischen dem an der Saugseite (30) des Verdichters (14) anliegenden Druck des Kältemittels und dem Druck des Kältemittels in dem Kondensator (16) ein Absaugen von Kältemittel aus dem Kondensator (16) zu beenden.
Kältemittelkreis (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreis (10) eine Rückführleitung (66) aufweist, über welche von einer Druckseite (68) des Verdichters (14) her Kältemittel unter Umgehung des Heizwärmetauschers (40) und des Chillers (22) der Saugseite (30) des Verdichters (14) zuführbar ist, wobei die Steuerungseinrichtung (44) dazu ausgebildet ist, in dem zweiten Betriebsmodus ein zumindest partielles Öffnen einer in der Rückführleitung (66) angeordneten Absperreinrichtung (70) zu bewirken.
Kältemittelkreis (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (44) dazu ausgebildet ist, bei dem Einstellen des den Chiller (22) durchströmenden Kühlmittelstroms eine Temperatur der Umgebungsluft zu berücksichtigen, mit welcher der Kondensator (16) beaufschlagbar ist.
Kältemittelkreis (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreis (10) eine erste Sensoreinrichtung (64) umfasst, mittels welcher in dem zweiten Betriebsmodus ein Druck und/oder eine Temperatur des Kältemittels in dem Kondensator (16) erfassbar ist, und eine zweite Sensoreinrichtung (62) umfasst, mittels welcher ein Druck und/oder eine Temperatur des Kältemittels an der Saugseite (30) des Verdichters (14) erfassbar ist, wobei die Sensoreinrichtungen (62, 64) dazu ausgebildet sind, den Druck und/oder die Temperatur des Kältemittels an die Steuerungseinrichtung (44) zu übermitteln.
Kältemittelkreis (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreis (10) einen Verdampfer (32) umfasst, welchem eine weiteres Expansionseinrichtung (34) vorgeschaltet ist, und welcher dazu ausgebildet ist, den in den Fahrgastraum (36) des Kraftfahrzeugs (12) einbringbaren Luftstrom zu kühlen und/oder zu entfeuchten, wobei in einem weiteren Betriebsmodus des Kältemittelkreises (10) das von dem Kondensator (16) kommende und mittels der weiteren Expansionseinrichtung (34) entspannte Kältemittel dem Verdampfer (32) zuführbar ist, und/oder in dem ersten Betriebsmodus das von dem Kondensator (16) kommende Kältemittel teilweise dem Chiller (22) und teilweise dem Verdampfer (32) zuführbar ist.
Kraftfahrzeug (12) mit einem Kältemittelkreis (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug (12) als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug (12) nach Anspruch 8, wobei der Chiller (22) in einen Kühlmittelkreis (26) des Kraftfahrzeugs (12) eingebunden ist, wobei mittels des den Chiller (22) durchströmenden Kühlmittelstroms Wärme von wenigstens einer elektrischen Einrichtung (74) des Kraftfahrzeugs (12) abführbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreises (10) für ein Kraftfahrzeug (12), welcher in einem ersten Betriebsmodus betreibbar ist, in welchem ein von einem Verdichter (14) des Kältemittelkreises (10) gefördertes Kältemittel einem Kondensator (16) zuführbar ist, welcher mit Umgebungsluft kühlbar ist, wobei in dem ersten Betriebsmodus das von dem Kondensator (16) kommende Kältemittel mittels einer Expansionseinrichtung (20) entspannbar ist, wobei das mittels der Expansionseinrichtung (20) entspannte Kältemittel in dem ersten Betriebsmodus einem Chiller (22) des Kältemittelkreises (10) zuführbar ist, welcher einerseits von dem Kältemittel und andererseits von einem Kühlmittel durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreis (10) in einem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, in welchem das von dem Verdichter (14) geförderte Kältemittel anstelle des Kondensators (16) einem Heizwärmetauscher (40) des Kältemittelkreises (10) zugeführt wird, wobei der Heizwärmetauscher (40) dazu ausgebildet ist, einen in einen Fahrgastraum (36) des Kraftfahrzeugs (12) einbringbaren Luftstrom zu erwärmen, wobei in dem zweiten Betriebsmodus das von dem Heizwärmetauscher (40) kommende Kältemittel mittels der Expansionseinrichtung (20) entspannt wird und das entspannte Kältemittel dem Chiller (22) zugeführt wird, wobei der Kältemittelkreis (10) eine Steuerungseinrichtung (44) umfasst, welche in dem zweiten Betriebsmodus einen den Chiller (22) durchströmenden Kühlmittelstrom einstellt, wobei durch das Einstellen des Kühlmittelstroms ein an einer Saugseite (30) des Verdichters (14) anliegender Druck des Kältemittels eingestellt wird, welcher geringer ist als ein Druck des Kältemittels in dem Kondensator (16).