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DE102021123256A1 - Vehicle thermal management system and method of operating the same - Google Patents

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DE102021123256A1
DE102021123256A1 DE102021123256.2A DE102021123256A DE102021123256A1 DE 102021123256 A1 DE102021123256 A1 DE 102021123256A1 DE 102021123256 A DE102021123256 A DE 102021123256A DE 102021123256 A1 DE102021123256 A1 DE 102021123256A1
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DE
Germany
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cabin
heat
compressor
battery
vehicle
Prior art date
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Pending
Application number
DE102021123256.2A
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German (de)
Inventor
Shivakumar Banakar
Patrick Horn
Dennis Wleklik
Ariel Marasigan
Rainer Moskalczuk
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Denso Automotive Deutschland GmbH
Denso Corp
Original Assignee
Denso Automotive Deutschland GmbH
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

Ein Fahrzeugwärme-Verwaltungssystem für BEVs und ein Verfahren zum Betreiben desselben werden bereitgestellt, was ein schnelleres Aufwärmen der Kabine ermöglicht. Durch Einkoppeln von thermischer Energie aus der Batterieheizung in den Batteriekältemittelkreislauf, ist Wärme in Antriebsstrangkomponenten oder der Batterie (thermische Masse) und/oder Umgebungsluft in der Wärmepumpenanordnung in Kombination mit dem Wärmeverstärkungsmodus für eine sehr kurze Dauer wie 1 bis 5 Minuten noch vorhanden. In dem Wärmeverstärkungsmodus wird ein Teil des komprimierten Kühlmittelgases an dem Kompressorauslass zu dem Eingang des Kühlers über ein thermisches Expansionsventil zum Eingang des Kühlers geleitet, um den Saugdruck des Kompressors zu erhöhen, was wiederum bewirkt, dass mehr Abwärme durch den Kompressor erzeugt wird, die zum Aufwärmen der Fahrzeugkabine zu verwenden ist. Gleichzeitig wird Niedertemperaturwärme aus dem Batteriekältemittelkreislauf - bei aktivierter oder nicht aktivierter Batterieheizung - und/oder Niedertemperaturwärme aus dem Antriebsstrang-Kältemittelkreislauf in den Kühler eingekoppelt, um den Saugdruck des Kompressors weiter zu erhöhen und somit das Aufwärmen der Fahrzeugkabine zu verkürzen.

Figure DE102021123256A1_0000
A vehicle thermal management system for BEVs and a method of operating the same are provided, enabling faster cabin warm-up. By coupling thermal energy from the battery heater into the battery refrigerant circuit, heat in powertrain components or the battery (thermal mass) and/or ambient air in the heat pump assembly in combination with the heat boost mode is still present for a very short duration such as 1 to 5 minutes. In heat boost mode, a portion of the compressed refrigerant gas at the compressor outlet is directed to the inlet of the chiller via a thermal expansion valve to the inlet of the chiller to increase the suction pressure of the compressor, which in turn causes more waste heat to be generated by the compressor, which is lost to the Warming up the vehicle cabin is to be used. At the same time, low-temperature heat from the battery refrigerant circuit - whether the battery heater is activated or not - and/or low-temperature heat from the powertrain refrigerant circuit is coupled into the cooler in order to further increase the suction pressure of the compressor and thus shorten the warm-up time of the vehicle cabin.
Figure DE102021123256A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugwärme-Verwaltungssystem nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben desselben nach Anspruch 11.The invention relates to a vehicle heat management system according to claim 1 and a method of operating the same according to claim 11.

Die Komplexität von Wärme-Verwaltungssystemen in der Automobilindustrie (PHEV & BEV) nimmt drastisch zu und die Nachfrage nach Kühlen und Heizen nimmt drastisch zu. In herkömmlichen Autos wird die Abwärme des I/C-Motors zum Erwärmen bzw. Heizen der Fahrgastkabine verwendet. In batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (BEV) wird normalerweise eine Hochspannungsheizung auf der Luftseite verwendet, um die Fahrgastkabine zu heizen, was zu Verpackungsproblemen innerhalb des Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensystems (HVAC) führt und die Kosten erhöht.The complexity of thermal management systems in the automotive industry (PHEV & BEV) is increasing dramatically and the demand for cooling and heating is increasing dramatically. In conventional cars, the waste heat from the I/C motor is used to warm up or heat the passenger cabin. Battery electric vehicles (BEV) typically use a high voltage airside heater to heat the passenger cabin, causing packaging issues within the heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) system and increasing costs.

Um die Gesamtkosten des Systems zu reduzieren und Verpackungsprobleme zu vermeiden, wird ein vorhandener Kompressor als eine Heizquelle zum Heizen der Fahrgastkabine oder Batterie verwendet, wie in US 2019/0070924 A1 offenbart. Dieser Ansatz führt jedoch aus folgenden Gründen zu Verzögerungen beim Aufwärmen der Kabine:

  1. a) Die thermische Masse weiterer Komponenten (wie Kompressor, Druckrohr, Akkumulator/Sammler/Wärmetauscher usw.) muss zusammen mit dem Erwärmen bzw. Heizen der Kabinenluft erwärmt werden;
  2. b) Die Heizleistung hängt von der Leistungsaufnahme des Kompressors ab, die eine Funktion der Saugdichte, des Druckverhältnisses (Verhältnis von Auslass- zu Einlassdruck des Kompressors) und der Kompressordrehzahl ist;
  3. c) Wenn der Kompressor vom Gleichgewichtspunkt bei niedriger Umgebungstemperatur gestartet wird, ist normalerweise der Saugdruck/Dichte niedrig und das Druckverhältnis ist niedriger, daher ist die Heizleistung des Kompressors sehr begrenzt;
  4. d) Der Wärmeverlust an die Umgebung ist größer, wenn der Kompressor und das Druckrohr nicht wärmeisoliert sind.
To reduce the overall cost of the system and avoid packaging problems, an existing compressor is used as a heat source to heat the passenger cabin or battery, as in U.S. 2019/0070924 A1 disclosed. However, this approach introduces delays in warming up the cabin for the following reasons:
  1. a) The thermal mass of other components (such as the compressor, pressure pipe, accumulator/collector/heat exchanger, etc.) must be heated together with the warming or heating of the cabin air;
  2. b) The heating capacity depends on the power input of the compressor, which is a function of the suction density, the pressure ratio (ratio of compressor outlet to inlet pressure) and the compressor speed;
  3. c) Normally, when the compressor is started from the equilibrium point in low ambient temperature, the suction pressure/density is low and the pressure ratio is lower, so the heating capacity of the compressor is very limited;
  4. d) Heat loss to the environment is greater if the compressor and discharge pipe are not thermally insulated.

Auch bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen wie -20°C wird vom Benutzer ein schneller thermischer Komfort in der Fahrgastkabine gefordert. Das Starten des Systems bei sehr niedrigen Umgebungsbedingungen, direkt mit hohem/Ziel-HVAC-Luftstrom, führt zu einer Verzögerung des Aufwärmens und kann auch zu einer sehr begrenzten/unzureichenden Wärmeerzeugung durch den Kompressor führen.Even at very low ambient temperatures such as -20°C, the user demands rapid thermal comfort in the passenger cabin. Starting the system at very low ambient conditions, directly with high/target HVAC airflow, will result in a delay in warm-up and may also result in very limited/insufficient heat production from the compressor.

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeugwärme-Verwaltungssystem für BEVs bereitzustellen, das ein schnelleres Aufwärmen der Kabine ermöglicht. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugwärme-Verwaltungssystems bereitzustellen, um das Aufwärmen der Kabine zu beschleunigen.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a vehicle thermal management system for BEVs that enables faster cabin warm-up. Furthermore, it is an object of the invention to provide a method for operating the vehicle heat management system to accelerate warm-up of the cabin.

Diese Aufgaben werden mit einem Fahrzeugwärme-Verwaltungssystem nach Anspruch 1 und mit einem Betriebsverfahren nach Anspruch 9 gelöst.These objects are achieved with a vehicle thermal management system according to claim 1 and with an operating method according to claim 9.

Durch Einkoppeln von thermischer Energie aus der Batterieheizung in den Batteriekältemittelkreislauf, ist Wärme in Antriebsstrangkomponenten oder der Batterie (thermische Masse) und/oder Umgebungsluft in der Wärmepumpenanordnung in Kombination mit dem Wärmeverstärkungsmodus für eine sehr kurze Dauer wie 1 bis 5 Minuten noch vorhanden. In dem Wärmeverstärkungsmodus wird ein Teil des komprimierten Kühlmittelgases an dem Kompressorauslass zu dem Eingang des Kühlers bzw. Chillers über ein thermisches Expansionsventil zum Eingang des Kühlers geleitet, um den Saugdruck des Kompressors zu erhöhen, was wiederum bewirkt, dass mehr Abwärme durch den Kompressor erzeugt wird, die zum Aufwärmen der Fahrzeugkabine zu verwenden ist. Gleichzeitig wird Niedertemperaturwärme aus dem Batteriekältemittelkreislauf - bei aktivierter oder nicht aktivierter Batterieheizung - und/oder Niedertemperaturwärme aus dem Antriebsstrang-Kältemittelkreislauf in den Kühler eingekoppelt, um den Saugdruck des Kompressors weiter zu erhöhen und somit das Aufwärmen der Fahrzeugkabine zu verkürzen.By coupling thermal energy from the battery heater into the battery refrigerant circuit, heat in powertrain components or the battery (thermal mass) and/or ambient air in the heat pump assembly in combination with the heat boost mode is still present for a very short duration such as 1 to 5 minutes. In heat boost mode, a portion of the compressed refrigerant gas at the compressor outlet is routed to the chiller inlet via a thermal expansion valve to the chiller inlet to increase the compressor suction pressure, which in turn causes more waste heat to be generated by the compressor to be used for warming up the vehicle cabin. At the same time, low-temperature heat from the battery refrigerant circuit - whether the battery heater is activated or not - and/or low-temperature heat from the powertrain refrigerant circuit is coupled into the cooler in order to further increase the suction pressure of the compressor and thus shorten the warm-up time of the vehicle cabin.

Vorzugsweise wird eine Vorklimatisierung der Fahrzeugkabine, ein vorheriger Fahrbeginn mit dem Fahrzeug durch Verwendung von Kriterien wie Umgebungstemperatur, erforderliche Kabinentemperatur und verfügbare Zeit zur Vorklimatisierung der Kabine verwendet, um den energieeffizientesten Modus zum Erhöhen der Aufwärmgeschwindigkeit der Fahrzeugkabine zu ermöglichen - Anspruch 2.Preferably, a pre-conditioning of the vehicle cabin, a prior start of driving the vehicle by using criteria such as ambient temperature, required cabin temperature and available time for pre-conditioning the cabin is used to enable the most energy-efficient mode for increasing the warm-up rate of the vehicle cabin - claim 2.

Die Heizleistung hängt von der Leistungsaufnahme des Kompressors ab, die eine Funktion der Saugdichte, des Druckverhältnisses (Verhältnis von Auslass- zu Einlassdruck des Kompressors) und der Kompressordrehzahl ist. Der Kompressorablassdruck ist eine Funktion der Kabinenkondensator-Luftauslasstemperatur, daher sollten, um eine gewünschte Heizleistung für die Kabine zu erreichen, der Luftstrom durch den Kabinenkondensator und die Luftauslasstemperatur gesteuert werden. Somit wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Luftstrom durch den Kabinenkondensator und die Kabinenkondensator-Luftauslasstemperatur gesteuert, um die Kompressoransaugung und den Ausgangsdruck während des Wärmeverstärkungsmodus zu erhöhen, um die Wärmeerzeugung des Kompressors zu erhöhen und somit die Aufwärmgeschwindigkeit der Kabine zu erhöhen - Anspruch 3.The heating capacity depends on the power input of the compressor, which is a function of the suction density, the pressure ratio (ratio of compressor outlet to inlet pressure) and the compressor speed. The compressor discharge pressure is a function of the cabin condenser air outlet temperature, so to achieve a desired heating performance for the cabin, the airflow through the cabin condenser and the air outlet temperature should be controlled. Thus, in a preferred embodiment, airflow through the cabin condenser and cabin condenser air outlet temperature is controlled to maintain compressor suction and discharge pressure during heat boost mode to increase the heat production of the compressor and thus increase the warm-up speed of the cabin - claim 3.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Batterieheizung nach oder vor der Batterie mit einer Kältemittelbypassanordnung für die Batterie positioniert, so dass die Batterie nicht in thermischer Verbindung mit der elektrischen Batterieheizung ist. Dadurch wird die volle Heizkapazität der elektrischen Batterieheizung schnell an den Kühler gekoppelt, was einen erhöhten Saugdruck des Kompressors und des Weiteren eine erhöhte Aufwärmgeschwindigkeit der Kabine bewirkt. - Anspruch 4.In a preferred embodiment, the battery electric heater is positioned after or before the battery with a refrigerant bypass arrangement for the battery so that the battery is not in thermal communication with the battery electric heater. This quickly couples the full heating capacity of the electric battery heater to the radiator, resulting in increased compressor suction pressure and further increased cab warm-up speed. - Claim 4.

Vorzugsweise wird der Batteriebypass nur für einen begrenzten Zeitraum aktiviert, bis ein gewünschter Kompressoreinlassdruck während des Wärmeverstärkungsbetriebsmodus erreicht ist - Anspruch 5.Preferably, the battery bypass is only activated for a limited period of time until a desired compressor inlet pressure is reached during heat boost mode of operation - claim 5.

Der Betrieb des Kompressors mit Überschwingen der Kompressordrehzahl für eine kurze Dauer, einige Sekunden, führt zu einem schnelleren Anstieg des Saugdrucks/Saugdichte an dem Kompressor und damit zu einer schnelleren Zunahme der Kompressorleistung und der Kabinenheizleistung - Anspruch 6.The operation of the compressor with the compressor speed overshooting for a short duration, a few seconds, leads to a faster increase in the suction pressure/suction density at the compressor and thus to a faster increase in the compressor output and the cabin heating output - claim 6.

Wie bereits erwähnt, hängt die Heizleistung von der Leistungsaufnahme des Kompressors ab, die eine Funktion der Saugdichte, des Druckverhältnisses und der Kompressordrehzahl ist. Der Kompressorablassdruck ist eine Funktion der Kabinenkondensator-Luftauslasstemperatur, daher sollten, um eine gewünschte Heizleistung für die Kabine zu erreichen, der Luftstrom durch den Kabinenkondensator und die Luftauslasstemperatur gesteuert werden. Bei manchen Betriebsbedingungen ist es vorzuziehen, eine Luftmischklappe zu verwenden, um die gewünschten HVAC-Luftauslasstemperaturen zu erreichen - Anspruch 7.As already mentioned, the heating capacity depends on the compressor power input, which is a function of the suction density, the pressure ratio and the compressor speed. The compressor discharge pressure is a function of the cabin condenser air outlet temperature, so to achieve a desired heating performance for the cabin, the airflow through the cabin condenser and the air outlet temperature should be controlled. In some operating conditions it is preferable to use an air mix damper to achieve the desired HVAC air outlet temperatures - claim 7.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel bewirkt das Steuersystem, dass die Wärmepumpenanordnung in einem Wärmepumpenmodus betrieben wird, wobei der Kompressor in dem effizienten Modus oder in dem Wärmeverstärkungsmodus oder in einer Kombination aus Wärmepumpenmodus und Wärmeverstärkungsmodus betrieben wird. Mit diesen unterschiedlichen Betriebsmodi kann das Aufwärmen der Kabine bezüglich der Umgebungstemperatur, Soll-Kabinentemperatur und verfügbaren Abwärmequellen optimiert werden. - Anspruch 8.According to a further preferred embodiment, the control system causes the heat pump arrangement to operate in a heat pump mode, with the compressor operating in the efficient mode or in the heat boost mode or in a combination of heat pump mode and heat boost mode. With these different operating modes, the heating of the cabin can be optimized with regard to the ambient temperature, target cabin temperature and available waste heat sources. - Claim 8.

Verfahrensanspruch 9 ist auf die Betriebsmodi von Anspruch 8 gerichtet.Method claim 9 is directed to the modes of operation of claim 8.

Vorzugsweise wird das Aufwärmen der Kabine vor dem Fahrbeginn des Fahrzeugs gestartet, so dass die Kabine thermisch vorklimatisiert wird. Wenn somit der Fahrer die Kabine betritt, befindet sich die Kabine bereits in einem angenehmen thermischen Zustand - Anspruch 10.The warming up of the cabin is preferably started before the vehicle starts driving, so that the cabin is thermally pre-air-conditioned. Thus, when the driver enters the cabin, the cabin is already in a comfortable thermal condition - claim 10.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine schnellere Aufwärmgeschwindigkeit der Kabine und ein vergleichbares Aufwärmverhalten wie in einem Wärmepumpensystem mit luftseitiger Hochspannungsheizung erreicht. Da kein Lufterhitzer notwendig ist, werden Kosten reduziert. Ebenso ist eine schlanke HLK-Verpackung möglich, da der Hochspannungslufterhitzer entfällt.With the present invention, a faster warm-up rate of the cabin and a comparable warm-up performance as in a heat pump system with high-voltage air-side heating is achieved. Since no air heater is required, costs are reduced. Sleek HVAC packaging is also possible as the high voltage air heater is eliminated.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung in Bezug auf die Zeichnung beschrieben.Preferred exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawings.

Die 1 bis 3 stellen ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar;The 1 until 3 illustrate a first embodiment of the present invention;

4 ist ein Vergleich des Aufwärmens der Kabine aus dem Stand der Technik und der vorliegenden Erfindung; 4 Figure 12 is a comparison of cabin warm-up of the prior art and the present invention;

Die 5 bis 7 stellen ein zweites Ausführungsbeispiel dar;The 5 until 7 represent a second embodiment;

8 und 9 stellen den Effekt der Anpassung des Luftstroms in das HVAC 16 an den Saugdruck des Kompressors 12 dar; 8th and 9 Figure 12 illustrates the effect of matching the airflow into the HVAC 16 to the suction pressure of the compressor 12;

10 und 11 stellen den Effekt der Verwendung einer Luftmischklappe 90 dar, die in der HVAC 16 zwischen dem Kabinenverdampfer 20 und dem Kabinenkondensator 14 vorgesehen ist; 10 and 11 illustrate the effect of using an air mix door 90 provided in the HVAC 16 between the cabin evaporator 20 and the cabin condenser 14;

12 und 13 stellen zwei unterschiedliche Szenarien der Vorklimatisierung der Fahrzeugkabine vor Fahrbeginn des Fahrzeugs dar. 12 and 13 represent two different scenarios for the pre-air conditioning of the vehicle cabin before the vehicle starts driving.

Die 1 bis 3 stellen die verschiedenen Betriebsmodi gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines Batteriekältemittelkreislaufs 4, eines Antriebsstrang-Kältemittelkreislaufs 6, einer Kältemittelzirkulationsanordnung 8 und eines Steuersystems 10 dar. Die Wärmepumpenanordnung 2 enthält einen Kompressor 12, einen Kabinenkondensator 14, der in einem Wärmebelüftungs- und Klimaanlagensystem 16 für eine Fahrzeugkabine angeordnet ist, einen Kühler 18 zum Sammeln von Wärmeenergie aus dem Batteriekältemittelkreislauf 4 und dem Antriebsstrang-Kältemittelkreislauf, einen Kabinenverdampfer 20, der in der HVAC 16 angeordnet ist, und einen äußeren Wärmetauscher 22, der als ein Verdampfer in der Wärmepumpenanordnung 2 betrieben wird. Das HVAC 16 enthält des Weiteren ein Kabinengebläse 24 zum Transportieren der erwärmten bzw. erhitzten Luft in die Fahrzeugkabine und zum Steuern der Temperatur des Kabinenkondensators 14 und somit des Auslassdrucks des Kompressors 12. Am Einlass des Kühlers 18 ist ein erstes elektrisches Expansionsventil 26 und am Einlass des Kabinenverdampfers 20 ein zweites elektrisches Expansionsventil 28 angeordnet. Am Auslass des Kühlers 18 ist ein erster Drucktemperatursensor 30 angeordnet. Am Auslass des Kompressors 12 ist ein zweiter Drucktemperatursensor 34 angeordnet. Am Auslass des Kabinenverdampfers 20 ist ein dritter Drucktemperatursensor 34 gefolgt von einem Rückschlagventil 35 vorgesehen. Ein Kältemittelsammler 36, ein Kabinenkondensator 14, ein Kompressor 12 sind mit dem Kühler 18, dem Kabinenverdampfer 20 und einem äußeren Wärmetauscher 22 verbunden - alle drei werden als Verdampfer betrieben - wie bei Kompressorwärmepumpen bekannt. Der Kältemittelsammler 36 enthält eine Mehrzahl von Ventilen und ein Kühlmittelbehälter 38 speichert flüssiges Kühlmittel von dem Kabinenkondensator 14 und stellt die geeignete Menge an flüssigem Kühlmittel an den Kühler 18, den Kabinenverdampfer 20 und/oder den äußeren Wärmetauscher 22 bereit, abhängig davon, ob die Wärmepumpenanordnung 2 in dem Kälte-/Klimamodus oder in dem Heizmodus ist. Am Auslass des äußeren Wärmetauschers 22 ist ein vierter Drucktemperatursensor 40 vorgesehen. Der Auslass des äußeren Wärmetauschers 22 kann über ein erstes Absperrventil 42 mit dem Einlass des Kompressors 12 verbunden werden.The 1 until 3 12 illustrate the various modes of operation according to a first embodiment of a battery refrigerant circuit 4, a powertrain refrigerant circuit 6, a refrigerant circulation assembly 8, and a control system 10. The heat pump assembly 2 includes a compressor 12, a cabin condenser 14, used in a thermal ventilation and air conditioning system 16 for a vehicle cabin a radiator 18 for collecting thermal energy from the battery refrigerant circuit 4 and the powertrain refrigerant circuit, a cabin evaporator 20 located in the HVAC 16, and an exterior heat exchanger 22 operated as an evaporator in the heat pump assembly 2. The HVAC 16 also includes a cabin fan 24 for transporting the Heated or heated air into the vehicle cabin and for controlling the temperature of the cabin condenser 14 and thus the outlet pressure of the compressor 12. A first electric expansion valve 26 is arranged at the inlet of the cooler 18 and a second electric expansion valve 28 is arranged at the inlet of the cabin evaporator 20. A first pressure temperature sensor 30 is arranged at the outlet of the cooler 18 . A second pressure temperature sensor 34 is arranged at the outlet of the compressor 12 . A third pressure temperature sensor 34 followed by a check valve 35 is provided at the outlet of the cabin evaporator 20 . A refrigerant receiver 36, a cabin condenser 14, a compressor 12 are connected to the radiator 18, the cabin evaporator 20 and an outside heat exchanger 22 - all three are operated as evaporators - as known in compressor heat pumps. The refrigerant receiver 36 includes a plurality of valves and a refrigerant reservoir 38 stores liquid refrigerant from the cabin condenser 14 and provides the appropriate amount of liquid refrigerant to the radiator 18, the cabin evaporator 20 and/or the exterior heat exchanger 22 depending on whether the heat pump assembly 2 is in the refrigeration/air conditioning mode or in the heating mode. A fourth pressure temperature sensor 40 is provided at the outlet of the outdoor heat exchanger 22 . The outlet of the outdoor heat exchanger 22 can be connected to the inlet of the compressor 12 via a first isolation valve 42 .

Der Antriebsstrang-Kältemittelkreislauf 6 verbindet eine Antriebsstrang-Kältemittelpumpe 46 mit zumindest einer Antriebsstrangkomponente 48 über ein Antriebsstrangkältemittel-4-Wege-Ventil 50 mit einem Niedrigtemperaturkühler (LTR) 52. Der LTR 52 ist angrenzend an den äußeren Wärmetauscher 22 vorgesehen. Ein Antriebsstrang-Kältemittelbypass 54 verbindet den Einlass der Antriebsstrang-Kältemittelpumpe 46 mit dem Antriebsstrangkältemittel-4-Wege-Ventil 50. Über das Antriebsstrang-4-Wege-Ventil 50 kann der Antriebsstrang-Kältemittelkreislauf 6 thermisch mit dem Kühler 18 verbunden werden.The powertrain refrigerant circuit 6 connects a powertrain refrigerant pump 46 to at least one powertrain component 48 via a powertrain refrigerant 4-way valve 50 to a low temperature cooler (LTR) 52. The LTR 52 is provided adjacent to the exterior heat exchanger 22. A powertrain refrigerant bypass 54 connects the inlet of the powertrain refrigerant pump 46 to the powertrain refrigerant 4-way valve 50. The powertrain refrigerant circuit 6 can be thermally connected to the cooler 18 via the powertrain 4-way valve 50.

Der Batteriekältemittelkreislauf 4 verbindet eine Batteriekältemittelpumpe 56 mit der Batterie 58 über ein Batteriekältemittel-4-Wege-Ventil 60 mit dem LTR 42. Zwischen der Batterie 58 und der Batteriekältemittelpumpe 56 ist eine elektrische Batterieheizung 62 vorgesehen. Die Batteriekältemittelbypass 64 verbindet den Einlass der Batteriekältemittelpumpe 56 mit dem Batteriekältemittel-4-Wege-Ventil 60. Über das Batteriekältemittel-4-Wege-Ventil 60 kann der Batteriekältemittelkreislauf 4 thermisch mit dem Kühler 18 verbunden werden.The battery refrigerant circuit 4 connects a battery refrigerant pump 56 to the battery 58 via a battery refrigerant 4-way valve 60 to the LTR 42. Between the battery 58 and the battery refrigerant pump 56, an electric battery heater 62 is provided. The battery refrigerant bypass 64 connects the inlet of the battery refrigerant pump 56 to the battery refrigerant 4-way valve 60. The battery refrigerant circuit 4 can be thermally connected to the cooler 18 via the battery refrigerant 4-way valve 60.

In dem in 1 dargestellten Wärmepumpenmodus der Wärmepumpenanordnung 2 wird Niedrigtemperaturwärme, die in den äußeren Wärmetauscher 22 und in den Kühler 22 eingekoppelt ist, durch den Kabinenkondensator 14 als Hochtemperaturwärme in das HVAC 16 abgestrahlt. Es ist ersichtlich, dass es bei niedrigen Umgebungstemperaturen, z.B. -20°C, zu einer Verzögerung kommt, bis die Fahrzeugkabine mit dem Aufwärmen beginnt, bis Abwärme von dem Kompressor 12 und Wärme von der elektrischen Batterieheizung 52 verfügbar ist.in the in 1 As illustrated in the heat pump mode of heat pump assembly 2 , low temperature heat coupled into exterior heat exchanger 22 and radiator 22 is radiated through cabin condenser 14 as high temperature heat into HVAC 16 . It can be seen that at low ambient temperatures, eg -20°C, there is a delay before the vehicle cabin begins to warm up, until waste heat from the compressor 12 and heat from the electric battery heater 52 is available.

Um diese Verzögerung des Aufwärmens der Kabine zu verkürzen, wird ein Wärmeverstärkungsmodus angewendet, wie in 2 dargestellt. Zusätzlich zu den in 1 gezeigten Komponenten verbindet ein Kompressorbypass 70 den Auslass des Kompressors 12 mit einer 3-Wege-Blockverbindung 74 am Einlass des Kühlers 18. Parallel zu dem ersten Absperrventil 42 ist ein zweites Absperrventil 76 vorgesehen, das eine kleinere Öffnung als das erste Absperrventil 42 hat. In dem Wärmeverstärkungsmodus leitet der Kompressorbypass 70 einen Teil des heißen komprimierten Kältemittelgases zurück zum Kühler 18, um den Saugdruck des Kompressors 12 zu erhöhen, was wiederum bewirkt, dass mehr Abwärme durch den Kompressor zum Aufwärmen der Fahrzeugkabine verwendet wird. Gleichzeitig wird Niedrigtemperaturwärme aus dem Batteriekältemittelkreislauf 6 - mit aktivierter Batterieheizung 62 oder nicht - und/oder Niedrigtemperaturwärme aus dem Antriebsstrang-Kältemittelkreislauf 4 in den Kühler 18 eingekoppelt, um den Saugdruck des Kompressors 12 weiter zu erhöhen und somit das Aufwärmen der Fahrzeugkabine zu verkürzen.To shorten this delay in warming up the cabin, a heat boost mode is applied, as in 2 shown. In addition to the in 1 In the components shown, a compressor bypass 70 connects the outlet of the compressor 12 to a 3-way block connection 74 at the inlet of the cooler 18. In the heat boost mode, the compressor bypass 70 diverts a portion of the hot compressed refrigerant gas back to the radiator 18 to increase the suction pressure of the compressor 12, which in turn causes more waste heat to be used by the compressor to warm up the vehicle cabin. At the same time, low-temperature heat from the battery refrigerant circuit 6 - with or without an activated battery heater 62 - and/or low-temperature heat from the powertrain refrigerant circuit 4 is coupled into the cooler 18 in order to further increase the suction pressure of the compressor 12 and thus to shorten the warm-up of the vehicle cabin.

Der Wärmepumpenmodus von 1 und der Wärmeverstärkungsmodus von 2 können auch kombiniert werden, wie dies in 3 dargestellt ist. In diesem Kombinationsmodus werden sowohl der äußere Wärmetauscher 22 als auch der Kühler 18 als Verdampfer in der Wärmepumpenanordnung 2 betrieben.The heat pump mode from 1 and the heat gain mode of 2 can also be combined like this in 3 is shown. In this combined mode, both the outdoor heat exchanger 22 and the chiller 18 are operated as evaporators in the heat pump assembly 2 .

Der Effekt dieses Kombinationsmodus auf die Aufwärmgeschwindigkeit der Fahrzeugkabine bei niedrigen Umgebungstemperaturen von -20°C ist in 4 gezeigt, wobei die Heizenergie/Leistung in kW über die Zeit in Sekunden der vorliegenden Erfindung- Graph 80 - mit einem Referenzsystem - Graph 82- verglichen wird, ohne Anwendung von Maßnahmen der vorliegenden Erfindung. Für beide in 4 dargestellten Wärme-Verwaltungssysteme gelten folgende Bedingungen:

  • - Soll-Heizleistung von 6,5 kW
  • - Tair_in = -20°C
  • - Luftstrom: 270 kg/h
  • - Wärmeverstärkungsmodus: pd/ps = 25bar/5bar Drehzahlbegrenzung des Kompressors: 8600rpm
The effect of this combination mode on the warm-up speed of the vehicle cabin at low ambient temperatures of -20°C is in 4 is shown comparing the heating energy/power in kW over time in seconds of the present invention - graph 80 - with a reference system - graph 82 - without applying measures of the present invention. For both in 4 The following conditions apply:
  • - Target heating output of 6.5 kW
  • - Tair_in = -20°C
  • - Air flow: 270 kg/h
  • - Heat boost mode: p d /p s = 25bar/5bar Compressor speed limit: 8600rpm

Das in den 5 bis 7 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 lediglich durch die Anordnung eines Batteriekältemittelbypasses 64. In dem zweiten Ausführungsbeispiel verbindet der Batteriekältemittelbypass 64 den Auslass der Batterieheizung 62 mit dem Auslass des Batteriekältemittels der Batterie 58 anstelle des Einlasses der Batteriekältemittelpumpe 56 mit dem Auslass des Batteriekältemittels der Batterie 58. Dadurch kann die volle Heizkapazität der elektrischen Batterieheizung 62 sofort mit dem Kühler 18 gekoppelt werden, was eine sofortige Erhöhung des Saugdrucks des Kompressors 12 und des Weiteren eine erhöhte Aufwärmgeschwindigkeit der Kabine bewirkt. Dieser Batteriekältemittelbypass 64 wird nur für einen begrenzten Zeitraum aktiviert, bis ein gewünschter Kompressoreinlassdruck während des Wärmeverstärkungsbetriebsmodus erreicht ist.That in the 5 until 7 illustrated second embodiment of the invention differs from the first embodiment according to the 1 until 3 merely by providing a battery refrigerant bypass 64. In the second embodiment, the battery refrigerant bypass 64 connects the outlet of the battery heater 62 to the battery refrigerant outlet of the battery 58 instead of the inlet of the battery refrigerant pump 56 to the battery refrigerant outlet of the battery 58. This allows the full heating capacity of the electric battery heater 62 can be immediately coupled to the radiator 18, causing an immediate increase in the suction pressure of the compressor 12 and further an increased warm-up rate of the cabin. This battery refrigerant bypass 64 is only activated for a limited period of time until a desired compressor inlet pressure is achieved during heat boost mode of operation.

Die 8 und 9 stellen eine Maßnahme zur weiteren Erhöhung der Aufwärmgeschwindigkeit der Fahrzeugkabine durch Optimieren des durch das Kabinengebläse 24 verursachten HVAC-Luftstroms dar. Herkömmlicherweise wird der HVAC-Luftstrom schnell hochgefahren, um das gewünschte Luftstromziel für die Kabine zu erreichen. Die Verwendung des gleichen Ansatzes für den Wärmeverstärkungsmodus führt zu einer Verzögerung des Aufwärmens und kann auch zu einer sehr begrenzten/unzureichenden Wärmeerzeugung durch den Kompressor führen. Die Heizleistung hängt von der Leistungsaufnahme des Kompressors ab, die eine Funktion der Saugdichte, des Druckverhältnisses (Verhältnis von Auslass- zu Einlassdruck des Kompressors) und der Kompressordrehzahl ist. Der Kompressorablassdruck ist eine Funktion der Kabinenkondensator-Luftauslasstemperatur, daher sollten, um eine gewünschte Heizleistung für die Kabine zu erreichen, der Luftstrom durch den Kabinenkondensator und die Luftauslasstemperatur gesteuert werden. Durch Steuern des Kabinengebläses 24 können der Luftstrom durch den Kabinenkondensator 14 und die Kabinenkondensator-Luftauslasstemperatur an den Saugdruck des Kompressors 12 angepasst werden, wie in 8 gezeigt. Dadurch werden der Kompressoransaugdruck und der Kompressorauslasssdruck während des Wärmeverstärkungsmodus graduell erhöht, was eine erhöhte Wärmeerzeugung des Kompressors 12 bewirkt - wie in 9 gezeigt - und somit die Aufwärmgeschwindigkeit der Kabine erhöht.The 8th and 9 represent a measure to further increase the warm-up rate of the vehicle cabin by optimizing the HVAC airflow caused by the cabin fan 24. Conventionally, the HVAC airflow is ramped up quickly to achieve the desired cabin airflow target. Using the same approach for heat boost mode will result in a delay in warm up and may also result in very limited/insufficient heat production from the compressor. The heating capacity depends on the power input of the compressor, which is a function of the suction density, the pressure ratio (ratio of compressor outlet to inlet pressure) and the compressor speed. The compressor discharge pressure is a function of the cabin condenser air outlet temperature, so to achieve a desired heating performance for the cabin, the airflow through the cabin condenser and the air outlet temperature should be controlled. By controlling the cabin fan 24, the airflow through the cabin condenser 14 and the cabin condenser air outlet temperature can be adjusted to the suction pressure of the compressor 12, as shown in FIG 8th shown. As a result, the compressor suction pressure and the compressor discharge pressure are gradually increased during the heat boost mode, causing the compressor 12 to produce increased heat - as in FIG 9 shown - and thus increases the warm-up speed of the cabin.

Das Betreiben des Kompressors 12 mit Überschwingen der Kompressordrehzahl für eine kurze Dauer, einige Sekunden, während des Wärmeverstärkungsmodus führt zu einem schnelleren Anstieg des Saugdrucks/Saugdichte am Kompressor 12 und somit zu einem schnelleren Anstieg der Kompressorleistung und der Kabinenheizleistung.Operating the compressor 12 with compressor speed overshoot for a short duration, a few seconds, during the heat boost mode results in a faster increase in suction pressure/suction density at the compressor 12 and thus a faster increase in compressor power and cabin heating power.

Wie bereits erwähnt, hängt die Heizleistung von der Leistungsaufnahme des Kompressors ab, die eine Funktion der Saugdichte, des Druckverhältnisses und der Kompressordrehzahl ist. Der Kompressorablassdruck ist eine Funktion der Kabinenkondensator-Luftauslasstemperatur, daher sollten, um eine gewünschte Heizleistung für die Kabine zu erreichen, der Luftstrom durch den Kabinenkondensator und die Luftauslasstemperatur gesteuert werden. Bei manchen Betriebsbedingungen ist es vorteilhaft, eine Luftmischklappe 90 zu verwenden, um gewünschte HVAC-Luftauslasstemperaturen zu erreichen. Wie in den 10 und 11 dargestellt, werden unterschiedliche Kabinentemperaturen oder HVAC-Luftauslasstemperaturen Tset durch Verwendung der Luftmischklappe, die zwischen dem Kabinenverdampfer 20 und dem Kabinenkondensator 14 bereitgestellt ist, erzeugt. In 10 Tset = 75°C und in 11 Tset = 50°C. In beiden Fällen beträgt die Umgebungstemperatur Tair_in -20°C. In 10 beträgt der Luftstrom in das HVAC 16, 285 kg/h und Tset ist 75°C, die Luftmischklappe 90 ist geschlossen und der Luftstrom aus dem HVAC 16 in die Fahrzeugkabine beträgt 285 kg/h. In 11 beträgt der Luftstrom in das HVAC 16, 385 kg/h und Tset 50°C, die Luftmischklappe 90 ist bis zu einem gewissen Grad geöffnet und der Luftstrom aus dem HVAC 16 in die Fahrzeugkabine beträgt 385 kg/h.As already mentioned, the heating capacity depends on the compressor power input, which is a function of the suction density, the pressure ratio and the compressor speed. The compressor discharge pressure is a function of the cabin condenser air outlet temperature, so to achieve a desired heating performance for the cabin, the airflow through the cabin condenser and the air outlet temperature should be controlled. In some operating conditions, it is advantageous to use an air mix door 90 to achieve desired HVAC air outlet temperatures. As in the 10 and 11 As illustrated, different cabin temperatures, or HVAC outlet air temperatures, T set , are created using the air mix door provided between the cabin evaporator 20 and the cabin condenser 14 . In 10 Tset = 75°C and in 11 Tset = 50°C. In both cases the ambient temperature T air_in is -20°C. In 10 the air flow into the HVAC 16 is 285 kg/h and T set is 75°C, the air mix door 90 is closed and the air flow from the HVAC 16 into the vehicle cabin is 285 kg/h. In 11 the air flow into the HVAC 16 is 385 kg/h and T set is 50°C, the air mix door 90 is open to a certain extent and the air flow from the HVAC 16 into the vehicle cabin is 385 kg/h.

Die Wärmeerzeugung des Kompressors 12 hängt von der Leistungsaufnahme des Kompressors ab, der eine Funktion der Saugdichte ist, d.h. Druckverhältnis (Verhältnis Auslass- zu Einlassdruck des Kompressors, pd/ps) und Kompressordrehzahl. Der Kompressorablassdruck pd ist eine Funktion der Kabinenkondensator-Luftauslasstemperatur, daher sollten, um eine gewünschte Heizleistung für die Kabine zu erreichen, der Luftstrom durch den Kabinenkondensator 14 und die Luftauslasstemperatur auf eine Sättigungstemperatur des gewünschten Kompressorablassdrucks pd gesteuert werden. Die Luftmischklappe 90 wird verwendet, um eine gewünschte Kabinenkondensator-Luftauslasstemperatur und eine gewünschte HVAC-Luftauslasstemperatur in die Kabine zu erreichen.The heat production of the compressor 12 depends on the compressor power input, which is a function of the suction density, ie pressure ratio (compressor discharge to inlet pressure ratio, p d /p s ) and compressor speed. Compressor discharge pressure p d is a function of cabin condenser discharge air temperature, so to achieve a desired cabin heating performance, airflow through the cabin condenser 14 and discharge air temperature should be controlled to a saturation temperature of the desired compressor discharge pressure p d . The air mix door 90 is used to achieve a desired cabin condenser air outlet temperature and a desired HVAC air outlet temperature into the cabin.

12 und 13 stellen zwei unterschiedliche Szenarien der Vorklimatisierung der Fahrzeugkabine vor Fahrbeginn des Fahrzeugs dar. Vorklimatisierung bedeutet, dass das Aufwärmen der Kabine vor dem Anfahren des Fahrzeugs beginnt. Die Vorklimatisierung der Fahrzeugkabine durch Verwendung von Kriterien wie Umgebungstemperatur, erforderliche Kabinentemperatur und verfügbare Zeit zur Vorklimatisierung der Kabine wird verwendet, um den energieeffizientesten Betriebsmodus auszuwählen. Die Verwendung des Umgebungswärmepumpenmodus (wie in 1 gezeigt) zum Heizen der Fahrgastkabine ist effizienter, führt jedoch zu einem sehr langsamen Aufwärmen der Kabine, und die erforderliche Heizleistung kann nicht erreicht werden. Die Verwendung des Wärmeverstärkungsmodus (durch Verwendung eines Kompressors als eine Wärmequelle, wie in 2 gezeigt) zum Heizen der Fahrgastkabine ist weniger effizient, führt jedoch zu einem relativ schnelleren Aufwärmen der Kabine, und die erforderliche Heizleistung kann erreicht werden. Daher wird eine Kombination dieser Modi zur Vorklimatisierung des Fahrzeugs basierend auf der verfügbaren Zeit verwendet. 12 and 13 represent two different scenarios of preconditioning the vehicle cabin before the vehicle starts driving. Preconditioning means that the warming up of the cabin begins before the vehicle starts driving. The pre-conditioning of the vehicle cabin by using criteria such as ambient temperature, required cabin temperature and available time for Cabin preconditioning is used to select the most energy efficient mode of operation. Using ambient heat pump mode (as in 1 shown) for heating the passenger cabin is more efficient, but leads to a very slow warm-up of the cabin, and the required heating capacity cannot be achieved. Using heat boost mode (by using a compressor as a heat source, as in 2 shown) for heating the passenger cabin is less efficient, but warms up the cabin relatively faster and the required heating capacity can be achieved. Therefore, a combination of these modes is used to precondition the vehicle based on the time available.

In beiden Szenarien, die in den 12 und 13 dargestellt sind, wird eine Umgebungstemperatur von -20°C und eine gewünschte Kabinentemperatur von 22°C angenommen. Die gewünschte Kabinentemperatur und der Zeit des Fahrbeginns gibt der Fahrer über eine App auf einem Smartphone 100 ein. Im in 12 dargestellten Szenario A erfolgt der Fahrbeginn in 10 Minuten. Dies ist ziemlich kurz, und um die gewünschte Kabinentemperatur in diesen 10 Minuten zu erreichen, wählt das Steuersystem 10 den Wärmeverstärkungsmodus zum Aufwärmen der Kabine für 10 Minuten. Im in 13 dargestellten Szenario B erfolgt der Fahrbeginn in 30 Minuten. Das Steuersystem wählt eine Wartezeit von 10 Minuten, wählt dann den Wärmepumpenmodus für 15 Minuten und dann für 5 Minuten den Wärmeverstärkungsmodus, um die gewünschte Kabinentemperatur von 22°C genau zur eingegebenen Zeit des Fahrbeginns des Fahrzeugs zu erreichen. Abhängig von der verfügbaren Zeit bis zum Fahrbeginn, der Umgebungstemperatur und der gewünschten Kabinentemperatur wählt das Steuersystem 10 den/die energieeffizientesten Heizmodus/Heizmodi.In both scenarios, in the 12 and 13 are shown, an ambient temperature of -20°C and a desired cabin temperature of 22°C are assumed. The driver enters the desired cabin temperature and the start time of the journey via an app on a smartphone 100 . in 12 scenario A shown, the journey will start in 10 minutes. This is quite short, and to achieve the desired cabin temperature in those 10 minutes, the control system 10 selects the heat boost mode to warm up the cabin for 10 minutes. in 13 scenario B shown, the journey will start in 30 minutes. The control system selects a waiting time of 10 minutes, then selects heat pump mode for 15 minutes and then heat boost mode for 5 minutes to achieve the desired cabin temperature of 22°C at the entered time of vehicle start travel. Depending on the time available to drive, the ambient temperature, and the desired cabin temperature, the control system 10 selects the most energy efficient heating mode(s).

BezugszeichenlisteReference List

22
Wärmepumpenanordnungheat pump arrangement
44
Batteriekältemittelkreislaufbattery refrigerant circuit
66
Antriebsstrang-KältemittelkreislaufPowertrain Refrigerant Circuit
88th
Kältemittelzirkulationsanordnungrefrigerant circulation arrangement
1010
Steuersystemcontrol system
1212
Kompressorcompressor
1414
Kabinenkondensatorcabin condenser
1616
Wärmebelüftungs- und Klimaanlagensystem (HVAC)Heat Ventilation and Air Conditioning (HVAC) System
1818
Kühler bzw. Chillercooler or chiller
2020
Kabinenverdampfercabin evaporator
2222
Äußerer WärmetauscherOuter Heat Exchanger
2424
Kabinengebläsecabin fan
2626
Erstes elektrisches ExpansionsventilFirst electric expansion valve
2828
Zweites elektrisches ExpansionsventilSecond electric expansion valve
3030
Erster DrucktemperatursensorFirst pressure temperature sensor
3232
Rückschlagventilcheck valve
3434
Zweiter DrucktemperatursensorSecond pressure temperature sensor
3535
Dritter DrucktemperatursensorThird pressure temperature sensor
3636
Kältemittelsammlerrefrigerant collector
3838
Kühlmittelbehältercoolant reservoir
4040
Vierter DrucktemperatursensorFourth pressure temperature sensor
4242
Erstes Absperrventil First shut-off valve
4646
Antriebsstrang-KältemittelpumpeDrive train refrigerant pump
4848
Antriebsstrangkomponent(en)Powertrain Component(s)
5050
Antriebsstrangkältemittel-4-Wege-VentilPowertrain Refrigerant 4-Way Valve
5252
LTR - NiedrigtemperaturkühlerLTR - low temperature cooler
5454
Antriebsstrang-KältemittelbypassPowertrain Refrigerant Bypass
5656
Batteriekältemittelpumpebattery refrigerant pump
5858
Batteriebattery
6060
Batteriekältemittel-4-Wege-VentilBattery refrigerant 4-way valve
6262
Elektrische BatterieheizungElectric battery heater
6464
BatteriekältemittelbypassBattery refrigerant bypass
7070
Kompressorbypasscompressor bypass
7272
Drittes elektrisches ExpansionsventilThird electric expansion valve
7474
3-Wege-Blockverbindung3-way block connection
7676
Zweites Absperrventil Second shut-off valve
8080
Heizleistung über Zeit, vorliegende Erfindung, KombinationsmodusHeat output versus time, present invention, combination mode
8282
Heizleistung über Zeit, Referenzmodus, ohne Erfindung Heat output over time, reference mode, without invention
9090
Luftmischklappe air mix door
100100
Smartphone smart phone
psps
Saugdruck von 12suction pressure of 12
pdpd
Ablassdruck von 12discharge pressure of 12
pd/pspd/ps
Druckverhältnis von 12pressure ratio of 12

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 20190070924 A1 [0003]US20190070924A1 [0003]

Claims (11)

Fahrzeugwärme-Verwaltungssystem mit: einer Wärmepumpenanordnung (2), die einen Kompressor (12), einen Kabinenkondensator (14) und einen Kühler (18) enthält; einem Batteriekältemittelkreislauf (56), der eine Batterie (58) und eine elektrische Batterieheizung (62) thermisch koppelt; einem Antriebsstrang-Kältemittelkreislauf (46), der in thermischer Verbindung mit zumindest einer Antriebsstrangkomponente (48) ist, einem Steuersystem (10), das konfiguriert ist, um basierend auf zumindest einer der Faktoren, einer Umgebungstemperatur, einer Kabinentemperatur und einer gewünschten Fahrstartzeit: die Wärmepumpenanordnung (2) so zu steuern, dass diese in einem der Modi, effizienter Modus, Wärmeverstärkungsmodus oder eine Kombination aus dem effizienten Modus und dem Wärmeverstärkungsmodus, betrieben wird, wobei der Kompressor (12) in dem Wärmeverstärkungsmodus mehr Wärmemenge als in dem effizienten Modus erzeugt; und die Wärmepumpenanordnung (2) so zu steuern, dass diese in einem Wärmeverstärkungsmodus mit oder ohne Aktivierung der elektrischen Batterieheizung (62) betrieben wird, und zu bewirken, dass beim Start des Fahrzeugs bei niedriger Umgebungstemperatur der Batteriekältemittelkreislauf (54) und/oder der Antriebsstrang-Kältemittelkreislauf (46) für einen begrenzten Zeitraum in thermischer Verbindung mit dem Kühler (18) ist.Vehicle thermal management system with: a heat pump assembly (2) including a compressor (12), a cabin condenser (14) and a radiator (18); a battery refrigerant circuit (56) thermally coupling a battery (58) and an electric battery heater (62); a powertrain refrigerant circuit (46) in thermal communication with at least one powertrain component (48), a control system (10) configured to, based on at least one of an ambient temperature, a cabin temperature and a desired travel start time: to control the heat pump arrangement (2) so that it is in one of the modes efficient mode, heat boost mode, or a combination of the efficient mode and the heat boost mode, wherein the compressor (12) generates more heat in the heat boost mode than in the efficient mode; and to control the heat pump assembly (2) to operate in a heat boost mode with or without activating the electric battery heater (62) and to cause the battery refrigerant circuit (54) and/or the powertrain Refrigerant circuit (46) for a limited period of time in thermal communication with the radiator (18). Fahrzeugwärme-Verwaltungssystem nach Anspruch 1, wobei in dem Wärmeverstärkungsmodus ein Teil des komprimierten Kühlmittelgases von dem Kompressorauslass über einen Kompressorbypass (70) mit einem Bypass-Expansionsventil (72) zu dem Eingang des Kühlers (18) geführt wird, um den Saugdruck des Kompressors (12) zu erhöhen, was wiederum bewirkt, dass mehr Abwärme durch den Kompressor (12) erzeugt wird, die zum Aufwärmen der Fahrzeugkabine zu verwenden ist.vehicle thermal management system claim 1 wherein in the heat boost mode a portion of the compressed refrigerant gas is routed from the compressor outlet via a compressor bypass (70) with a bypass expansion valve (72) to the inlet of the chiller (18) to increase the suction pressure of the compressor (12), which in turn causes more waste heat to be generated by the compressor (12) to be used to warm up the vehicle cabin. Fahrzeugwärme-Verwaltungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei bewirkt wird, dass die Wärmepumpenanordnung (2) in dem Wärmeverstärkungsmodus betrieben wird, bevor das Fahrzeug zu fahren beginnt.vehicle thermal management system claim 1 or 2 wherein the heat pump assembly (2) is caused to operate in the heat boost mode before the vehicle starts driving. Fahrzeugwärme-Verwaltungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren mit einem Kabinengebläse (24), das durch das Steuersystem (10) gesteuert wird, um einen erhöhten Einlass- und Auslassdruck des Kompressors (12) während des Wärmeverstärkungsmodus zu bewirken.A vehicle thermal management system as claimed in any preceding claim, further comprising a cabin fan (24) controlled by the control system (10) to cause increased inlet and outlet pressure of the compressor (12) during the thermal boost mode. Fahrzeugwärme-Verwaltungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Batterieheizung (62) nach oder vor der Batterie (58) mit einem Batteriekältemittelbypass (64) positioniert ist, so dass die Batterie (58) nicht in thermischer Verbindung mit der elektrischen Batterieheizung (62) ist.The vehicle thermal management system of any preceding claim, wherein the battery electric heater (62) is positioned after or before the battery (58) with a battery refrigerant bypass (64) such that the battery (58) is not in thermal communication with the battery electric heater (62 ) is. Fahrzeugwärme-Verwaltungssystem nach Anspruch 5, wobei der Batteriekältemittelbypass (64) für einen begrenzten Zeitraum aktiviert ist, bis ein gewünschter Kompressoreinlassdruck während des Wärmeverstärkungsmodus erreicht ist.vehicle thermal management system claim 5 wherein the battery refrigerant bypass (64) is activated for a limited period of time until a desired compressor inlet pressure is achieved during the heat boost mode. Fahrzeugwärme-Verwaltungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuersystem bewirkt, dass die Kompressordrehzahl während des Wärmeverstärkungsmodus für einen begrenzten Zeitraum zu Beginn des Aufwärmens der Kabine erhöht wird.A vehicle thermal management system as claimed in any preceding claim, wherein the control system causes the compressor speed to increase during the thermal boost mode for a limited period of time at the beginning of the cabin warm-up. Fahrzeugwärme-Verwaltungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmepumpenanordnung (2) des Weiteren einen Kabinenverdampfer (20) und eine Luftmischklappe (90) enthält, die zwischen dem Kabinenverdampfer (20) und dem Kabinenkondensator (14) zum Leiten von Umgebungsluft in die Fahrzeugkabine angeordnet ist, wobei das Steuersystem (10) konfiguriert ist, die Luftmischklappe (90) zu aktivieren, um die Luftauslasstemperatur des Kabinenkondensators (14) auf eine Sättigungstemperatur des gewünschten Kompressorauslassdrucks zu steuern.The vehicle thermal management system of any preceding claim, wherein the heat pump assembly (2) further includes a cabin evaporator (20) and an air mix door (90) connected between the cabin evaporator (20) and the cabin condenser (14) for directing ambient air into the vehicle cabin is arranged, wherein the control system (10) is configured to activate the air mix door (90) to control the air outlet temperature of the cabin condenser (14) to a saturation temperature of the desired compressor outlet pressure. Fahrzeugwärme-Verwaltungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuersystem (10) konfiguriert ist, um die Wärmepumpenanordnung (2) in einem Wärmepumpenmodus zu betreiben, wobei der Kompressor (12) in dem effizienten Modus oder in dem Wärmeverstärkungsmodus oder in einer Kombination aus Wärmepumpenmodus und Wärmeverstärkungsmodus betrieben wird.A vehicle thermal management system as claimed in any preceding claim, wherein the control system (10) is configured to operate the heat pump assembly (2) in a heat pump mode with the compressor (12) in the efficient mode or in the heat boost mode or in a combination of heat pump mode and thermal boost mode is operated. Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugwärme-Verwaltungssystems nach Anspruch 9 zum Aufwärmen der Fahrzeugkabine durch selektives Aktivieren des Wärmepumpenmodus, des Wärmeverstärkungsmodus oder einer Kombination aus Wärmepumpenmodus und Wärmeverstärkungsmodus basierend auf der Umgebungstemperatur, Kabinentemperatur und Zeit, die bis zum gewünschten Fahrbeginn des Fahrzeugs verfügbar ist.Method for operating the vehicle thermal management system according to claim 9 to warm the vehicle cabin by selectively activating the heat pump mode, the heat boost mode, or a combination of the heat pump mode and the heat boost mode based on the ambient temperature, cabin temperature, and time available until the vehicle is desired to begin driving. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Aufwärmen der Kabine vor dem Fahrbeginn des Fahrzeugs gestartet wird.procedure after claim 10 wherein warming up of the cabin is started before the vehicle starts running.
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