Elektrisch betriebene. Wärmepumpe für. Fahrzeuge mit dem. Kältemittel R744 (CO 2 )

Transkript

1 Elektrisch betriebene Wärmepumpe für Fahrzeuge mit dem Kältemittel R744 (CO 2 )

2 Übersicht Aufbau des CO2 der Anlage

3 Klimaanlage für ein Brennstoffzellenfahrzeug Wärmequelle im Fahrzeug: Brennstoffzelle << Verbrennungsmotor Das System wird nicht nur zum Kühlen sondern auch zum Heizen eingesetzt

4 Einleitung Hintergrund: zunehmender Treibhauseffekt Kältemittel GWP brennbar R-134a Kohlendioxid (CO2) Kohlenwasserstoff R-152a 1300 Nein 1 Nein 8 Ja 140 Ja

5 Anlagenkomponenten CO2 System R-134a System Druck [MPa] 10 1 Enthalpie X 10 Druck [MPa] Enthalpie Komponenten müssen für einen Betriebsdruck über 100 bar ausgelegt werden

6 Anlagenaufbau Außenwärmeübertrager Gaskühler (innen) Bypass-Ventil Tr Ts CO2 Tam エハ ホ レータ Akkumulator Verdampfer (innen) Bypass- Ventil Elektr. Verdichter Innerer Wärmeübertrager Akkumulator 2 Reihen Flachrohre

7 Komponenten Außenwärmeübertrager Verdampfer Gaskühler Verdichter Bypass-Ventil Akkumulator mit integriertem inneren Wärmeübertrager

8 Heizleistung des Leistungsaufnahme [kw] schlecht Leistungszahl Gut Heizleistung [kw] FCV CO 2 EV R134a Heizleistung 5 kw (Tamb = -20 C) Höhere Leistungszahl des FCV Systems

9 Regelung Muss zusätzliche Anforderungen für Brennstoffzellenfahrzeug berücksichtigen FCV Elektrofahrzeug Regelung Elektroverdichter Wärmepumpenregelung Umschaltung zwischen den Betriebsmodi Hochdruckregelung Konventionelles Fahrzeug Lufttemperaturregelung Gebläseregelung Luftauslassregelung Lufteinlassregelung + Abtauregelung

10 Betriebsart Kühlen Bypass- Ventil Gaskühler (innen) Luftmischklappe geschlossen Außenwärmeübertrager Akkumulator Verdampfer (innen) Elektr. Verdichter Bypass- Ventil Innerer Wärmeübertrager

11 Betriebsart Heizen Bypass- Ventil Gaskühler (innen) Luftmischklappe offen Außenwärmeübertrager Akkumulator Verdampfer (innen) Elektr. Verdichter Bypass- Ventil Innerer Wärmeübertrager

12 Betriebsart Entfeuchten Gaskühler (innen) Luftmischklappe % offen Bypass- Ventil Außenwärmeübertrager Akkumulator Verdampfer (innen) Elektr. Verdichter Bypass- Ventil Innerer Wärmeübertrager

13 Regelung der Heiz- und Entfeuchtungsleistung Gaskühler (innen) Leistungsregelung Hochdruckregelung Exp. ventil Außenwärmeübertrager Verdichterregelung Regelung der Entfeuchtungsleistung Tamb Exp. ventil Verdampfer Elektr. Verdichter

14 Umschaltung zwischen den Betriebsarten Automatische Temperaturregelung Auslasstemp. [ C] Kühlen Verd. Gaskühler TE TCO TD Luftmischklappe:0% Kälteleistungsregelun g über Verdichterdrehzahl Kühlen Entfeuchten Heizen (Face) (Bilevel) (Foot) (Ziel: C) air mix Verd. Gaskühler TE foot head TCO TD Luftmischklappe: % Heizleistungsregelung über Verdichterdrehzahl Kälteleistungsregelung über Gewünschte Auslasstemp. Heizen Verd. Gaskühler TE TCO TD Luftmischklappe: 100% Heizleistungsregelung über Verdichterdrehzahl

15 EV Abtauung des äußeren Wärmeübertragers Max. Fahrzeit: 2...3h Abtauung während der Batterieladezeit FCV Fahrzeiten wie konventionelle Fahrzeuge Anforderung Abtauung während der Fahrt erforderlich Heizen mit innerem Gask. + Abtauen des Außenwärmeübertragers Regelung: Aufteilung der Heizleistung auf inneren Gaskühler und Außenwärmeübertrager. Außenwärmeübertrager Innerer Gaskühler Tamb Innerer Gaskühler Druck Tho Enthalpie Außenwärmeübertrager

16 Zusammenfassung Die CO 2 Wärmepumpe des FUEL CELL VEHICLE Brennstoffzellenfahrzeugs wurde vorgestellt Die Schaltungen für die verschiedenen Betriebsarten und das Regelkonzept wurden erläutert Die Leistungszahlen im Kühl- und Heizbetrieb wurden mit einem R134a-System, wie es für ein Elektrofahrzeug eingesetzt wird, verglichen. DENSO wird weiter an der Optimierung der CO 2 Systeme arbeiten, daß heißt: weitere Leistungssteigerung Reduzierung von Kosten und Gewicht