Elektromotorischer Kältemittelverdichter und Verfahren zu dessen Betrieb

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektromotorischen Kältemittelverdichters, einen solchen elektromotorischen Kältemittelverdichter sowie eine Klimaanlage mit einem Solchen.

Ein elektromotorischer Kältemittelverdichter für eine Klimaanlage eines, insbesondere elektrisch angetriebenen, Kraftfahrzeugs umfasst einen Elektromotor und eine Steuereinrichtung für diesen. Der Steuereinrichtung wird typischerweise ein Steuersignal über einen Bus, insbesondere einen CAN-Bus oder einen LIN-Bus, aus einem Niedervolt-Bordnetz, insbesondere einem 12V-Bordnetz, zugeführt, wobei das Steuersignal eine Soll-Drehzahl (Soll-Motordrehzahl) vorgibt.

Weiterhin kann der elektromotorischer Kältemittelverdichter eine Komponente aufweisen, welche vom Niedervolt-Bordnetz mit Energie versorgt wird. Beispielsweise ist diese vom Niedervolt-Bordnetz versorgte Komponente ein Bus-Transceiver, insbesondere derjenige für die Übertragung des Steuersignals aus dem Niedervolt-Bordnetz.

Die Steuereinrichtung des Kältemittelverdichters sowie eine, beispielsweise als Brückenschaltung oder Wechselrichter ausgebildete, Leistungselektronik zum Antreiben des Elektromotors ist aus einem zweites Bordnetz mit Energie versorgt. Dabei weist das zweite Bordnetz eine Spannung auf, die größer ist als die des ersten Bordnetzes. Beispielsweise ist das zweite Bordnetz als 48V-Bordnetz oder als Hochvoltbordnetz, insbesondere als 470V-Bordnetz oder als 800V-Bordnetz, ausgebildet. In einem Fehlerfall, bei dem eine Buskommunikation nicht funktioniert, in dem also das Steuersignal nicht über den Bus an die Steuereinrichtung des Kaltem ittelver- dichters ausgegeben werden kann, und/oder in einem Fehlerfall, bei welchem die Niedervoltspannung des Niedervolt-Bordnetztes nicht am Kältemittelverdichter anliegt, wird der Kältemittelverdichter abgeschaltet.

Nachteilig kann in einem solchen Fehlerfall eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs nicht mittels des Kältemittelverdichters gekühlt werden Insbesondere sofern die Traktionsbatterie aufgrund eines Ladevorgangs oder aufgrund eines Fährbetriebs erwärmt ist, kann dies in einem Liegenbleiber des Kraftfahrzeugs resultieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines elektromotorischen Kältemittelverdichters anzugeben, anhand dessen ein Liegenbleiber eines den Kältemittelverdichters aufweisenden Kraftfahrzeugs vermieden werden kann. Weiterhin soll ein entsprechender elektromotorischer Kältemittelverdichter, eine Klimaanlage mit einem solchen elektromotorischen Kältemittelverdichter, ein Computerprogramm für das Verfahren sowie ein computerlesbares Medium mit dem Computerprogramm angegeben werden.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des elektromotorischen Kältemittelverdichters wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 4, hinsichtlich der Klimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 5, hinsichtlich des Computerprogramms mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und hinsichtlich des computerlesbaren Mediums mit den Merkmalen des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für den elektromotorischen Kältemittelverdichter, für die Klimaanlage, für das Computerprogramm sowie für das computerlesbare Medium und umgekehrt. Das Verfahren dient dem Betrieb eines elektromotorischen Kältemittelverdichters, der auch als elektrischer Kältemittelverdichter oder kurz als Kältemittelverdichter bezeichnet wird. Der Kältemittelverdichter umfasst ein einen Elektromotor zum Antreiben eines Verdichterteils, beispielsweise eines Scroll-Verdichterteils. Dabei ist der Elektromotor anhand einer Versorgungsspannung eines zweiten Bordnetzes betreibbar.

Verfahrensgemäß wird der Elektromotor in einem Notfallmodus (weiter) betrieben, wenn ein Fehler einer Niedervoltspannung aus einem ersten Bordnetz erfasst wird. Ein solcher Fehler ist beispielsweise, wenn keine Spannung aus dem ersten Bordnetz an den Kältemittelverdichter ausgegeben wird oder diese Spannung einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Ein derartiger Fehler wird auch als „Niedervoltspannungs-Broken“ bezeichnet.

Dieser Fehler wird insbesondere mittels einer Messung der Spannung an einem Spannungseingang des Kältemittelverdichters für die Niedervoltspannung aus dem Niedervolt-Bordnetz oder mittels einer Messung der Spannung an einer Komponente des Kältemittelverdichters, die anhand der Niedervoltspannung betrieben werden, ermittelt. Diese Komponente ist beispielsweise ein Bus-Transceiver, insbesondere derjenige für die Übertragung eines Steuersignals aus dem Niedervolt- Bordnetz.

Des Weiteren wird der Elektromotor im Notfallmodus weiter betrieben, wenn zusätzlich oder alternativ zum Fehler der Niedervoltspannung ein Fehler eines Buses zur Übertragung des oder eines Steuersignals, insbesondere für eine Soll-Drehzahl des Elektromotors, an den elektromotorischen Kältemittelverdichter erfasst wird. Ein derartiger Fehler wird auch als „Bus-Broken“ bezeichnet. Dabei können insbesondere keine Steuersignale aus dem ersten Bordnetz eine Steuereirichtung (Steuereinheit) des elektromotorischen Kältemittelverdichters übertragen werden.

Das Bus-Broken kann beispielsweise von einer Steuereinrichtung des Kältmittelverdichters dadurch bestimmt oder erfasst werden, dass kein Steuersignal mehr empfangen wird und/oder dass eine Kommunikationsschnittstelle des elektromotorischen Kältemittelverdichters, insbesondere zur Kommunikation mit Komponenten des 12V-Bordnetzs, ein Fehlersignal bereitstellt.

Im Notfallmodus wird der Elektromotor mit einer Drehzahl betrieben, welche zumindest zeitweise, mit anderen Worten zumindest in einem zeitlichen Abschnitt, mit noch anderen Worten zumindest vorübergehend, größer als 0 (Null) ist. Insbesondere wird dabei die Drehzahl von der Steuereinrichtung des Kältemittelverdichters vorgegeben und/oder eingestellt.

Das zweite Bordnetz ist dabei insbesondere ein 48V-Bordnetz oder ein Hochvolt- Bordnetz, also ein Bordnetz mit einer Gleichspannung größer oder gleich 60V, insbesondere ein 470V-Bordnetz oder ein 800V-Bordnetz. Allenfalls ist die Spannung des zweiten Bordnetzes größer als die des ersten Bordnetzes.

Vorteilhaft ist auf diese Weise ermöglicht, dass das der Kältemittelverdichter auch bei einem der oben dargestellten Fehler weiter betrieben wird. Damit einhergehend ist es vorteilhaft ermöglicht, dass eine einen derart betriebenen Kältemittelverdichter aufweisende Klimaanlage eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs eine Traktionsbatterie kühlen kann, so dass ein Liegenbleiber des Kraftfahrzeugs vermieden oder eine Gefahr dessen zumindest reduziert ist.

Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung des Verfahrens wird der Elektromotor im Notfallmodus mit einer, insbesondere konstanten, Motordrehzahl betrieben, die der maximalen Motordrehzahl des Elektromotors entspricht. Auf diese Weise wird entsprechend eine maximale Kühlleistung realisiert.

Alternativ hierzu wird der Elektromotor mit einer Drehzahl betrieben, die dem 0,25- fachen der maximalen Motordrehzahl, dem 0,5-fachen der maximalen Motordrehzahl, oder dem 0,75-fachen der maximalen Motordrehzahl entspricht. Auf diese Weise ist es ermöglicht eine Mindestkühlung, insbesondere für die Traktionsbatterie eines den Kältemittelverdichter und eine entsprechende Klimaanlage aufweisenden Kraftfahrzeugs, bereitzustellen. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird der Elektromotor des Kältemittelverdichters im Notfallmodus alternierend, also pulsartig, mit einer Anlaufdrehzahl betrieben und nicht angetrieben, insbesondere abgeschaltet. Mit anderen Worten wechseln sich (zeitlich) ein Betrieb des Elektromotors mit der Anlaufdrehzahl und ein Betrieb ab, bei dem der Elektromotor (und damit einhergehend das Verdichterteil) nicht aktiv angetrieben wird. Für den Betrieb, bei dem Elektromotor nicht angetrieben wird, wird dieser beispielsweise nicht zum Antreiben dessen Rotors bestromt.

Die Drehzahl des Elektromotors alterniert somit zwischen der, insbesondere von der Steuereinrichtung des Kältemittelverdichter vorgegebenen und/oder konstanten, Anlaufdrehzahl und einer hierzu reduzierten Drehzahl, beispielsweise Null (0). Die (Lauf-)Zeitdauer für den Betrieb des Elektromotor bei der Anlaufdrehzahl beträgt beispielsweise 1 Sekunde, 10 Sekunden, 30 Sekunden oder 60 Sekunden, die (Ruhe-)Zeitdauer für den antriebslosen Betrieb des Elektromotor beträgt beispielsweise 1 Sekunde, 10 Sekunden, 30 Sekunden oder 60 Sekunden.

Die Anlaufdrehzahl entspricht beispielsweise der maximalen Motordrehzahl, dem 0,25-fachen der maximalen Motordrehzahl, dem 0,5-fachen der maximalen Motordrehzahl oder dem 0,75-fachen der maximalen Motordrehzahl.

Ein derartiger alternierender Betrieb des Elektromotors bewirkt einen entsprechenden zeitlichen Verlauf des Drucks und Flusses eines anhand des Kältemittelverdichters bearbeiteten und/oder geförderten Kältemittels. Wird ein solcher zeitlicher Verlauf anhand eines entsprechenden Sensors erfasst, so kann, beispielsweise im Zuge einer Fehlerdiagnose in der Werkstatt, auf eine Funktionsfähigkeit des elektromotorischen Kältemittelverdichters geschlossen werden, auch wenn ein Nieder- voltspannungs-Broken und/oder ein Bus-Broken vorliegt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektromotorischer Kältemittelver- dichter mit einer (Kältemittelverdichter-)Steuereinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens in einer der oben dargestellten Varianten vorgesehen und eingerichtet ist. Insbesondere wird anhand der (Kältemittelverdichter-)Steuereinrichtung der Elektromotor zumindest zeitweise mit einer Drehzahl größer Null betrieben, wenn ein Bus-Broken und/oder ein Niedervoltspannungs-Broken erfasst wird.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm mit Befehlen, die bewirken, dass der Elektromotorischer Kältemittelverdichter die Verfahrensschritte des Verfahrens in einer der oben dargestellten Varianten ausführt.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Beispielsweise ist das computerlesbare Medium ein, insbesondere nichtflüchtiger, Speicher der Steuereinrichtung des Kältemittelverdichters oder ein (anderer) Datenträger.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei die Klimaanlage einen elektromotorischen Kältemittelverdichter aufweist, der gemäß dem Verfahren in einer der oben dargestellten Verfahrensvarianten betrieben ist, und/oder gemäß einer der oben dargestellten Ausführungen ausgebildet ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Klimaanlage weist diese einen Druck- und/oder einen (Durch-)Flusssensor zum Erfassen des Druckes bzw. der Durchflussmenge eines Kältemittels der Klimaanlage auf. Dabei ist der Drucksensor und/oder der Flusssensor signal- und/oder datenübertragungstechnisch mit einer Klimaanlagen-Steuereinrichtung verbunden ist, so dass die Kli- maanlagen-Steuereinrichtung entsprechende Messdaten vom Druck- und/oder vom (Durch-)Flusssensor empfangen kann.

Weiterhin ist die Klimaanlagen-Steuereinrichtung dazu vorgesehen und eingerichtet ist, die von dem Drucksensor und/oder Flusssensor bereitgestellten Messdaten hinsichtlich eines zeitlichen Druckverlaufs oder eines zeitlichen Verlaufs des Flusses des Kältemittels auszuwerten, welcher aufgrund einer alternierenden Drehzahl des Elektromotors im Notfallmodus bewirkt wird. Zweckmäßigerweise ist die Klimaanlagen-Steuereinrichtung mit einer übergeordneten Fahrzeugsteuereinrichtung gekoppelt oder Bestandteil dieser.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur schematisch ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, das eine Klimaanlage mit einem elektromotorischen Kältemittelverdichter aufweist.

Das in der Figur dargestellte elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug 2 umfasst ein erstes Bordnetz 4, das als Niedervolt-Bordnetz, nämlich als 12V-Bordnetz, ausgebildet ist und ein zweites Bordnetz 6, welches eine Höhere Spannung aufweist als das erste Bordnetz 4. Beispielhaft ist das zweite Bordnetz 6 hier als ein Hochvolt- Bordnetz mit einer Spannung von 470 V oder mit einer Spannung von 800V ausgebildet. Das erste Bordnetz 4 und das zweite Bordnetz 6 sind in der Figur zusammenfassend anhand eines jeweiligen Rechtecks dargestellt.

Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Klimaanlage 8 auf. Diese umfasst eine Kältemittelleitung 9, durch welche ein Kältemittel fließt, einen Verdampfer 10 und einen elektromotorischen Kältemittelverdichter 12. Weitere Bestandteile der Klimaanlage 8, beispielsweise ein Druckregler oder ein Verflüssiger sind in der Figur nicht weiter gezeigt.

Dabei ist beispielsweise eine Traktionsbatterie 13 des Kraftfahrzeugs 2, welche in das zweite Bordnetz 6 geschaltet ist, anhand des Verdampfers 10 kühlbar.

Der Kältemittelverdichter 12 umfasst einen Elektromotor 14 mit einer Leistungselektronik und eine (Kältemittelverdichter-)Steuereinheit 16 zum Steuern oder Regeln des Elektromotors 14.

Die Kältemittelverdichter-Steuereinheit 16 ist (im Normalbetrieb) signalübertragungstechnisch mit dem ersten Bordnetz, insbesondere mit einer Steuereinrichtung dessen, beispielsweise einer Fahrzeugsteuereinrichtung, verbunden. Auf diese Weise kann ein Steuersignal anhand eines Buses 18 an die Kältemittelverdichter-Steuereinheit 16 übertragen werden, wobei anhand des Steuersignals eine Soll-Drehzahl für den Elektromotor 14 vorgegeben wird. Weiterhin ist dem Kältemittelverdichter 12 anhand einer Versorgungsleitung 20 mit dem ersten Bordnetz 4 verbunden. Also liegt im Normalbetrieb an einem Niedervolt-Eingang 22 die Niedervoltspannung an.

Die Kältemittelverdichter-Steuereinheit 16 sowie der Elektromotor 14, insbesondere dessen Leistungselektronik ist weiterhin anhand des zweiten Bordnetzes 6 versorgbar. Also ist dem Kältemittelverdichter die (Versorgungs-)Spannung des zweiten Bordnetzes 6 anhand einer weiteren Versorgungsleitung 24 zugeführt.

Bei einem Fehlerfall (Niedervoltspannungs-Broken), bei dem vom ersten Bordnetz 4 keine Niedervoltspannung bereitgestellt wird, bei der also am Niedervolt-Eingang 22 keine Spannung anliegt, und/oder bei einem Fehlerfall (Bus-Broken), bei dem der Kältemittelverdichter-Steuereinheit 16, insbesondere aus dem ersten Bordnetz 4, zugeführt werden, wird der elektromotorische Kältemittelverdichter 12 in einem Notfallmodus betreiben. Dabei wird der Elektromotor 14 mit einer Drehzahl betrieben, welche zumindest zeitweise größer als 0 (Null) ist. Die Soll-Drehzahl wird dann im Notfallmodus von der Kältemittelverdichter-Steuereinrichtung 16 vorgegeben und/oder eingestellt.

Zusammenfassend wird der elektromotorische Kältemittelverdichter 12 in Notfallmodus weiterbetrieben, wenn ein Bus-Broken und/oder ein Niedervoltspannungs- Broken erfasst wird.

Die Kältemittelverdichter-Steuereinrichtung 16 umfasst einen Speicher 26 als computerlesbares Medium, auf welchem ein Computerprogramm 28 gespeichert ist. Diese umfasst Befehle die bewirken, dass beim Erfassen eines Bus-Broken und/oder ein Niedervoltspannungs-Broken der Elektromotor 14 von der Kältemittelverdichter-Steuereinrichtung 16 in einem Notfallmodus betrieben wird, bei dem die Drehzahl des Elektromotors zumindest zeitweise größer als Null ist. Zur Erfassung dieser Fehler bewirken die Befehle des Computerprogramms beispielsweise, dass ein Fehlersignal einer Kommunikationsschnittstelle der Kältemittelverdichter- Steuereinrichtung 16 mit dem Bus 18 ausgewertet und gegebenenfalls der Notfallmodus gestartet wird, dass nachdem für eine vorgegebene Zeitdauer kein Steuersignal vom ersten Bordnetz 4 empfangen wurde, ein Bus-Broken als erfasst gilt und der Notfallmodus gestartet wird, und/oder, dass die am Niedervolt-Eingang 22 anliegende Niedervoltspannung ausgewertet und bei unterschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes der Notfallmodus gestartet wird.

In Notfallmodus wird dabei eine Drehzahl des Elektromotors 14 konstant eingestellt, wobei die Drehzahl einer, zweckmäßiger Weise auf dem Speicher 26 des Kältemittelverdichter-Steuereinrichtung 16 hinterlegten, maximalen Motordrehzahl entspricht. Alternativ hierzu wird der Elektromotor 14 bei einer konstanten Drehzahl betrieben, die dem 0,25-fachen der maximalen Motordrehzahl, dem 0,5-fa- chen der maximalen Motordrehzahl oder dem 0,75-fachen der maximalen Motordrehzahl entspricht. Auf diese Weise wird die Klimaanlage 8 weiterhin betrieben und die Traktionsbatterie 13 ist weiterhin kühlbar. Entsprechend weist das Computerprogramm 28 Befehle auf, die bewirken, dass der Elektromotor mit einer dieser Drehzahlen betrieben wird.

Alternativ hierzu wird im Notfallmodus der Elektromotor 14 alternierend mit einer vorgegebenen (Anlauf-)Drehzahl betrieben und nicht angetrieben, insbesondere abgeschaltet. Also wird der Elektromotor 14 zeitweise mit der Anlaufdrehzahl betrieben, und zeitweise wird der Elektromotor nicht angetrieben, insbesondere dessen Rotor nicht in Rotation versetzt, wobei sich der antriebslose Betrieb und der Betrieb mit der Anlaufdrehzahl abwechseln. Entsprechend weist das Computerprogramm 28 Befehle auf, die bewirken, dass der Elektromotor derart alternierend betrieben wird.

Bei diesem alternierenden Betrieb wird das Kältemittel entsprechend in der Kältemittelleitung 9 verdichtet und/oder zum ins Fließen versetzt. Der Druck bzw. der Durchfluss des Kältemittels oder deren zeitliche Verläufe kann dabei anhand eines Drucksensors oder anhand eines Flusssensors erfasst werden. In der Figur ist dabei zusammenfassend eine Sensoreinrichtung 30 gezeigt, die den Drucksensor und/oder den Flusssensor umfasst. Die Sensoreinrichtung 30 ist signal- und/oder datenübertragungstechnisch mit einer Klimaanlagen-Steuereinrichtung 32 verbunden, so dass Messdaten der Sensoreinrichtung der Klimaanlagen-Steuereinrichtung 32 zugeführt werden können. Die Klimaanlagen-Steuereinrichtung 32 ist dazu vorgesehen und eingerichtet, die dieser von der Sensoreinrichtung 30 zugeführten Messdaten hinsichtlich eines zeitlichen Druckverlaufs oder eines zeitlichen Verlaufs des Flusses des Kältemittels auszuwerten, der aufgrund des alternierenden Betriebs des Elektromotors im Notfallmodus bewirkt wird.

Zweckmäßigerweise ist die Klimaanlagen-Steuereinrichtung 32 in nicht weiter dargestellter Weise mit der oder einer übergeordneten Fahrzeugsteuereinrichtung, insbesondere der Fahrzeugsteuereinrichtung, gekoppelt oder Bestandteil dieser. Im Zuge einer Wartung oder Reparatur des Kraftahrzeugs 2 kann auf diese Weise auch bei einem Bus-Broken und/oder bei einem Niedervoltspannungs-Broken die Funktionsfähigkeit des elektromotorischen Kältemittelverdichters 12 festgestellt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste Kraftfahrzeug erstes Bordnetz zweites Bordnetz Klimaanlage Kältemittelleitung Verdampfer elektromotorischer Kältemittelverdichter Traktionsbatterie Elektromotor Kältemittelverdichter-Steuereinrichtung Bus Versorgungsleitung Niedervolt-Eingang Versorgungsleitung Speicher / computerlesbares Medium Computerprogramm Sensoreinrichtung Klimaanlagen-Steuereinrichtung