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DE102011077993A1 - Vehicle i.e. electric car, has heating and/or cooling systems whose one part is decentrally arranged in proximity of seat portions and controlled based on occupancy of seats, where seat portions are assigned to individual passenger - Google Patents

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Abstract

The vehicle has a vehicle inner space comprising seats for passengers and thermostated through heating and/or cooling systems located in the vehicle according to requirements of the passengers. A part of the heating and/or cooling systems is decentrally arranged in proximity of seat portions assigned to an individual passenger and controlled based on occupancy of the seats. The seat occupancy is automatically detected by pressure sensors, inner space cameras or infrared sensors. Heating radiators are provided as decentralized heating systems and attached to the seat portions of the passenger. An independent claim is also included for a method for heating or cooling an inner space of a vehicle.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Heiz- und/oder Kühlsystem sowie ein Verfahren zur Anpassung der Klimatisierung an den Heiz- oder Kühlbedarf in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Elektrofahrzeug nach der Gattung der Hauptansprüche.The invention relates to a vehicle with a heating and / or cooling system and a method for adapting the air conditioning to the heating or cooling demand in a vehicle, in particular in an electric vehicle according to the preamble of the main claims.

Inbesondere bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen, auch als EV („Electric Vehicle“) bezeichnet oder bei den sogenannten vollhybriden Fahrzeugen, die sich im rein elektrischen Betriebsmodus befinden, ist die Reichweite durch den anfänglichen Batterieladezustand und den Verbrauch während der Fahrt bestimmt. Zwar wurde in letzter Zeit durch die Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Batterien, inbesondere auf Lithium-Ionen-Basis, erhebliche Fortschritte erzielt, jedoch ist die Reichweite – inbesondere im Vergleich mit kraftstoffbetriebenen Fahrzeugen – weiterhin begrenzt. Die für das Heizen oder Kühlen eines Elektrofahrzeuges benötigte Ladeenergie ist dabei ein nicht unwesentlicher Faktor, der die begrenzte Reichweite eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges mitbestimmt. In particular, in electrically powered vehicles, also referred to as EV ("Electric Vehicle") or in the so-called full hybrid vehicles, which are in the purely electric operating mode, the range is determined by the initial battery state of charge and consumption while driving. While significant progress has recently been made in improving the performance of batteries, particularly lithium-ion based, the range is still limited, especially when compared to fuel-powered vehicles. The charging energy required for heating or cooling an electric vehicle is a not insignificant factor that determines the limited range of an electrically operated vehicle.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Vorschläge bekannt, wie der Primärenergieverbrauch zum Betreiben einer Heiz- und Kühl-/Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug reduziert werden kann. So wird beispielsweise in der EP 1 264 716 B1 vorgeschlagen, einen möglichst hohen Umluftanteil in der Zuluft einzustellen, da ein hoher Außenluftanteil zwar auf der einen Seite eine zu hohe Konzentration von Schadstoffen und eine zu hohe Feuchte der Fahrgastzellenluft vermeidet, auf der anderen Seite aber einen hohen Energieverbrauch der Klimanlage nachsichzieht. Damit die eingangs erwähnten Anforderungen dennoch erfüllt werden, wird der CO2-Gehalt und die Luftfeuchte im Fahrgastinnenraum durch entsprechende Hilfsparameter, wie z.B. die Anzahl der Insassen in der Fahrgastzelle, ermittelt und ausgewertet, so dass einerseits der Energieverbrauch der Klimaanlage gesenkt, auf der anderen Seite die Qualität der Innenluft entsprechend überwacht und eingehalten wird.From the prior art numerous proposals are known how the primary energy consumption for operating a heating and cooling / air conditioning can be reduced in a motor vehicle. For example, in the EP 1 264 716 B1 proposed to set the highest possible proportion of recirculated air in the supply air, as a high proportion of outdoor air on the one hand avoids too high a concentration of pollutants and high humidity of the passenger compartment air, but on the other hand a high energy consumption of the air conditioning nachsichzieht. So that the requirements mentioned above are still met, the CO 2 content and the humidity in the passenger compartment by appropriate auxiliary parameters, such as the number of occupants in the passenger compartment, determined and evaluated, so that on the one hand the energy consumption of the air conditioner lowered, on the other Page the quality of the indoor air is monitored and maintained accordingly.

In der DE 10 2009 029 325 A1 wird die Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges unter anderem in Abhängigkeit von der Anzahl der Insassen gesteuert. Diese Maßnahme trägt ebenfalls zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs der Klimaanlage bei. Dabei wird die Insassenanzahl im Fahrzeug nicht automatisch, wie z.B. durch Gurtschlossschalter o.ä. ermittelt, sondern durch den Fahrer manuell eingegeben.In the DE 10 2009 029 325 A1 the air conditioning system of a motor vehicle is controlled, inter alia, depending on the number of occupants. This measure also contributes to a reduction in the energy consumption of the air conditioning system. The number of occupants in the vehicle is not automatic, such as by buckle switch o.ä. determined, but manually entered by the driver.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, weiterführende Maßnahmen zu ergreifen, um den Energieverbrauch für das Heizen oder Kühlen in einem Fahrzeug, inbesondere bei Elektro- oder vollhybriden Fahrzeugen, weiter zu senken. Diese Aufgabe wir durch die in den beiden Hauptansprüchen aufgeführten Merkmale gelöst.The object of the present invention is to take further measures to further reduce the energy consumption for heating or cooling in a vehicle, in particular in electric or fully hybrid vehicles. This object is achieved by the features listed in the two main claims.

Durch eine dezentrale Anordnung von Heiz- und/oder Kühlsystem(en) in einem Fahrzeug, dergestalt, dass die Heiz- oder Kühlaggregate in der Nähe der einzelnen Sitzbereiche angeordnet sind, sowie das selektive Betreiben dieser Heizoder Kühlaggregate in Abhängigkeit von der Belegung dieser Sitze, kann der Energieverbrauch erheblich reduziert werden, ohne dass es zu Komforteinbußen bei den Insassen kommt. Diese Energieeinsparung kommt insbesondere batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen zu Gute, da hierdurch die momentan begrenzte Reichweite des Fahrzeugs verbessert werden kann. Dieses auf den einzelnen Insassen zugeschnittene dezentrale Heiz- oder Kühlkonzept kann auf vorteilhafte Art und Weise mit einer Insassen allgemeinen Heiz- oder Kühlmaßnahme kombiniert werden, so dass weitere Energieeinsparungen möglich sind.By a decentralized arrangement of heating and / or cooling system (s) in a vehicle, such that the heating or cooling units are arranged in the vicinity of the individual seating areas, as well as the selective operation of these heating or cooling units depending on the occupancy of these seats, The energy consumption can be reduced considerably, without causing any loss of comfort for the occupants. This energy saving is particularly beneficial for battery-powered electric vehicles, as this can improve the currently limited range of the vehicle. This tailored to the individual occupant decentralized heating or cooling concept can be combined in an advantageous manner with an occupant general heating or cooling measure, so that further energy savings are possible.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung möglich.The measures specified in the dependent claims further advantageous developments of the device are possible.

Die für die Umsetzung des Konzepts erforderliche Erkennung der Insassenbelegung kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen, zum Beispiel mit Hilfe von in den Sitzen integrierten Drucksensoren, die üblicherweise auch für die Aktivierung der Airbags verwendet werden; alternativ dazu sind Innenraumkamerasdie mit einer entsprechenden Bildverarbeitungssoftware Insassenanzahl und deren Position ermitteln- oder Infrarotsensoren, die die Wärmestrahlung der Insassen erfassen, möglich.The detection of occupant occupancy required to implement the concept may be accomplished in a variety of ways, for example by means of pressure sensors incorporated in the seats, which are also commonly used to activate the airbags; Alternatively, indoor cameras are the image sensor with a corresponding image processing software and their position detecting or infrared sensors that detect the heat radiation of the occupants possible.

Die in der Nähe der einzelnen Sitze zugeordneten angeordneten Heizaggregate können zum Beispiel elektrisch betriebene Heizstrahler sein. Diese können zum Beispiel für die im Fond sitzenden Insassen im Fußbereich der Türinnenverkleidung oder am stirnseitigen – den Fondinsassen zugeordneten Ende – der Mittelkonsole integriert sein. The arranged in the vicinity of the individual seats arranged heaters may be, for example, electrically operated radiant heaters. These can be integrated, for example, for the seated in the rear occupants in the foot of the door interior trim or on the front - the rear passengers associated end - the center console.

Eine Insassen allgemeine Heiz- und/oder Kühlmaßnahme besteht darin, dass das Verhältnis von Umluft- und Frischluftmenge in Abhängigkeit von der Insassenanzahl gesteuert wird, dergestalt, dass bei einer geringen Anzahl von Insassen der Umluftanteil, der dem Fahrzeuginnenraum zugeführten Gesamtluftmenge erhöht wird, und umgekehrt. Bekanntlich wird im Umluftbetrieb weniger Energie zur Klimatisierung, d.h. zum Heizen oder Kühlen des Fahrzeuginnenraumes, benötigt, als im Frischluftbetrieb. Frischluft wird jedoch benötigt, da der Innenraum entfeuchtet, von Gerüchen und angereichertem CO2 befreit werden muss. Die Geruchs- und CO2-Bildung im Innenraum des Fahrzeuges korreliert mit der Anzahl der Insassen, wobei weniger störende Stoffe gebildet werden, wenn weniger Passagiere an Bord sind. Auch die Anreicherung von Feuchtigkeit ist von der Anzahl der Insassen abhängig, da diese in der ausgeatmeten Luft enthalten ist. Demnach lässt sich bei geringer Anzahl an Insassen Frischluft einsparen und ein höherer Umluftanteil realisieren, wobei deutlich weniger Energie verbraucht wird.An occupant general heating and / or cooling measure is that the ratio of circulating air and fresh air amount is controlled in dependence on the number of occupants, such that is increased in a small number of occupants of the recirculated air, the vehicle interior total amount of air supplied, and vice versa , As is known, in recirculation mode less energy for air conditioning, ie for heating or cooling of the Vehicle interior, needed, as in fresh air operation. However, fresh air is needed as the interior needs to be dehumidified, rid of odors and enriched CO 2 . The odor and CO 2 formation in the interior of the vehicle correlates with the number of occupants, with less disturbing substances being formed when fewer passengers are on board. Also, the accumulation of moisture is dependent on the number of occupants, as it is contained in the exhaled air. Accordingly, fresh air can be saved with a small number of occupants and a higher proportion of recirculated air can be realized, whereby significantly less energy is consumed.

Die einzige Figur zeigt in einem Art Blockschaltbild das Konzept zur Klimatisierung in einem Fahrzeug.The single figure shows in a kind of block diagram the concept for air conditioning in a vehicle.

Es wird vorangestellt, dass im Sinne der Offenbarung unter Klimatisierung eines Fahrzeuges das Heizen und Kühlen verstanden wird, d.h. in einem (Fahrzeug-)Raum wird eine Temperatur, Feuchtigkeit und Luftqualität erzeugt und gehalten. Wie im allgemeinen eine Klima- sowie Heizungsanlage in einem Fahrzeug funktioniert, wird dabei als bekannt vorausgesetzt. Im Folgenden wird daher nur auf die für die Erfindung notwendigen Änderungen bzw. Anpassungen im Heiz- und Kühlsystem des Fahrzeuges eingegangen. It is preceded that in the sense of the disclosure under air conditioning of a vehicle, the heating and cooling is understood, i. in a (vehicle) room a temperature, humidity and air quality is generated and maintained. As generally an air conditioning and heating system in a vehicle works, it is assumed to be known. In the following, therefore, only the necessary for the invention changes or adjustments in the heating and cooling system of the vehicle will be discussed.

Aus dem Blockschaltbild wird ersichtlich, dass mit Hilfe von geeigneten Besetzungssensoren, z.B. in Form von Drucksensoren, die in den Sitzen des Fahrzeuges integriert sind, festgestellt wird, inwieweit Fahrer-(VL = Vorne Links) und Beifahrersitz (VR = Vorne Rechts), sowie die im Fond exemplarisch vorhandenen drei Sitze belegt sind. Je nachdem, ob die Sitze belegt sind oder nicht, wird – sofern ein entsprechendes Raumtempertursignal vorliegt – der mit einem Insassen belegte Sitzbereich entsprechend beheizt. Dazu sind beipielsweise im Bereich der Sitze elektrische Heizstrahler vorgesehen, die entsprechend der Höhe des angeforderten Raumtemperatursignals gesteuert sind. Die Heizstrahler können zum Beispiel für die im Fond sitzenden Insassen im Fußbereich der Türinnenverkleidung oder am stirnseitigen – den Fondinsassen zugeordneten Endeder Mittelkonsole integriert sein. Für den Fahrer sowie Beifahrer können diese Heizstrahler ebenfalls im Fußbereich der jeweiligen Türinnenverkleidung oder in dem sich in den Fußbereich erstreckenden Teil des Armaturenbretts integriert sein. Selbstverständlich sind als Alternative oder in Ergänzung andere individuelle Heizsysteme denkbar, wie zum Beispiel in den Sitzen integrierte elektrische Heizungen. Der Vorteil der Strahlungsheizung oder anderer dezentraler Heizsysteme besteht darin, dass diese sehr effektiv und engergiesparend sind, da entsprechende Streuverluste vermieden werden.From the block diagram it will be seen that by means of suitable population sensors, e.g. in the form of pressure sensors, which are integrated in the seats of the vehicle, it is ascertained to what extent driver (VL = front left) and front passenger seat (VR = front right), as well as in the rear exemplary three seats are occupied. Depending on whether the seats are occupied or not, the seating area occupied by an occupant is heated accordingly, provided that a corresponding room temperature signal is present. For this example, electric radiant heaters are provided in the area of the seats, which are controlled according to the height of the requested room temperature signal. The radiant heaters can be integrated, for example, for the occupants sitting in the rear in the foot region of the door inner lining or on the front end of the center console assigned to the rear occupants. For the driver and passenger, these radiant heaters can also be integrated in the foot area of the respective door inner lining or in the part of the dashboard extending into the foot area. Of course, as an alternative or in addition other individual heating systems are conceivable, such as in the seats integrated electric heaters. The advantage of the radiant heating or other decentralized heating systems is that they are very effective and narrow energy saving, since corresponding scattering losses are avoided.

In Abhängigkeit von der erfaßten Gesamtzahl der Insassen bzw. Passagiere wird weiterhin im Rahmen einer allgemeinen Heiz- oder Kühlmaßnahme der Umluftanteil an der zugeführten Gesamtluftmenge variiert. Die beispielsweise als Kennlinie in einem Steuergerät des Fahrzeuges hinterlegte Funktion sieht vor, dass aus den eingangs erwähnten Gründen der Anteil der Umluftmenge im Verhältnis zur Frischluftmenge, d.h. der von aussen zugeführten Luft, mit steigender Passagieranzahl abnimmt, und umgekehrt. Die für alle Passagiere wirksame „globale“ Maßnahme läßt sich besonders effektiv und wirkungsvoll mit der zuvor beschriebenen individuellen Heizmaßnahme kombinieren. Als Ergebnis wird man auf der einen Seite weiterhin den Ansprüchen der Passagiere an ein entsprechendes Raumklima gerecht, auf der anderen Seite wird Energie eingespart, die insbesondere im Zusammenhang mit dem bevorzugten Einsatz in einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug die Reichweite und damit die Akzeptanz für diese umweltschonende Antriebsart erhöht.Depending on the total number of passengers or passengers detected, the circulating air proportion of the total amount of air supplied is further varied as part of a general heating or cooling measure. The function, for example, stored as a characteristic in a control unit of the vehicle provides that, for the reasons mentioned above, the proportion of recirculated air amount in relation to the amount of fresh air, i. the air supplied from outside, decreases with increasing passenger numbers, and vice versa. The "global" measure, which is effective for all passengers, can be combined in a particularly effective and effective way with the individual heating measures described above. As a result, on the one hand, passenger demands for a corresponding room climate will continue to be met; on the other hand, energy will be saved which, in particular in connection with the preferred use in a battery-powered electric vehicle, increases the range and thus the acceptance of this environmentally friendly type of drive ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1264716 B1 [0003] EP 1264716 B1 [0003]
  • DE 102009029325 A1 [0004] DE 102009029325 A1 [0004]

Claims (6)

Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug, mit einem Fahrzeuginnenraum, der Sitze für die Insassen des Fahrzeugs aufweist, wobei der Fahrzeuginnenraum durch im Fahrzeug befindliche Heiz- und/oder Kühlsysteme entsprechend den Anforderungen der Insassen temperierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Heiz- und/oder Kühlsystems dezentral, d.h. in der Nähe der den einzelnen Insassen zugeordneten Sitzbereiche angeordnet, und in Abhängigkeit von der Belegung der Sitze steuerbar ist. Vehicle, in particular electric vehicle, with a vehicle interior having seats for the occupants of the vehicle, wherein the vehicle interior is tempered by in-vehicle heating and / or cooling systems according to the requirements of the occupants, characterized in that at least a portion of the heating and / or cooling system decentralized, that is arranged in the vicinity of the individual occupants associated seating areas, and is controllable in dependence on the occupancy of the seats. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzbelegungserkennung automatisch, z.B. mit Hilfe von Drucksensoren, Innenraumkameras oder Infrarotsensoren, erfolgt. Vehicle according to claim 1, characterized in that the seat occupancy recognition is automatically, e.g. using pressure sensors, indoor cameras or infrared sensors. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als dezentrales Heizsystem Heizungsstrahler vorgesehen sind, die den Sitzbereichen der einzelnen Insassen zugeordnet sind.Vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that heating radiators are provided as a decentralized heating system, which are assigned to the seating areas of the individual occupants. Verfahren zum Heizen oder Kühlen des Innenraumes eines Fahrzeuges, insbesondere Elektrofahrzeug, bei dem der Fahrzeuginnenraum durch ein Heiz- und/oder Kühlsystem entsprechend den Anforderungen der Insassen temperierbar ist, wobei zur Reduzierung des Energieverbrauchs die Heiz- und/oder Kühlleistung der aktuellen Anzahl der Insassen angepaßt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung sowohl durch Insassen spezifische als auch durch Insassen allgemeine Heiz- oder Kühlmaßnahmen erfolgt.Method for heating or cooling the interior of a vehicle, in particular electric vehicle, in which the vehicle interior is temperature controlled by a heating and / or cooling system according to the requirements of the occupants, wherein to reduce energy consumption, the heating and / or cooling capacity of the current number of occupants is adapted, characterized in that the adaptation takes place both by occupant specific and inmates general heating or cooling measures. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Insassen allgemeine Heiz- oder Kühlmaßnahme darin besteht, dass das Verhältnis von Umluft- und Frischluftmenge in Abhängigkeit von der Insassenanzahl gesteuert wird, dergestalt, dass bei einer geringen Anzahl von Insassen der Umluftanteil der dem Fahrzeugraum zugeführten Gesamtluftmenge erhöht wird, und umgekehrt.A method according to claim 4, characterized in that an occupant general heating or cooling measure is that the ratio of circulating air and fresh air amount is controlled in dependence on the number of occupants, such that fed in a small number of occupants of the recirculated air portion of the vehicle compartment Total amount of air is increased, and vice versa. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Insassen spezifische Heizmaßnahme darin besteht, dass ein dem einzelnen Insassen zugeordneter Heizstrahler o.ä. nur dann betrieben wird, wenn ein Sitzbelegungssensor die Anwesenheit eines Passagiers festgestellt hat.A method according to claim 4, characterized in that an occupant-specific heating measure is that a heater assigned to the individual occupant or the like. is operated only when a seat occupancy sensor has detected the presence of a passenger.
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