DE69301747T2 - Klimaanlage für ein elektrisches Fahrzeug - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf die Klimatisierung von Fahrzeugen, insbesondere von elektrischen Fahrzeugen.
• Eine bekannte Anlage für die Regelung der Temperatur im Fahrgastraum eines Fahrzeugs verwendet ein Klimagerät, in dem ein Kühlmittel in einer Richtung zwischen einem Verdampfer, wo es Wärme von einem Luftstrom aufnimmt, und einem Kondensator, wo es Wärme an einen Luftstrom abgibt, zirkuliert. Wenn bei dieser bekannten Anlage ein Luftstrom vor der Einleitung in den Fahrzeuginnenraum gekühlt werden soll, wird er mit dem Verdampfer in Kontakt gebracht.
• Wenn hingegen ein Luftstrom vor der Einleitung in den Fahrzeuginnenraum erwärmt werden soll, wird dazu üblicherweise die durch den Verbrennungsmotor für den Antrieb des Fahrzeugs abgegebene Wärme verwendet.
• Im Falle eines elektrischen Fahrzeugs ist die durch das elektrische Antriebssystem erzeugte Wärme im Winter nicht ausreichend, um den Heizungsbedarf des Fahrgastraums zu decken. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, eine zusätzliche Wärmequelle vorzusehen.
• Der Zweck der Erfindung besteht darin, für die Heizung des Fahrgastraums das bestehende Klimagerät zu nutzen, ohne die Strömungsrichtung des Kühlmittels zu verändem.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanlage, bei welcher der Luftkreislauf zwei Außenlufteinlässe umfaßt, die zu einem ersten Luftkreislaufstrang, in dem sich der Verdampfer befindet, bzw. zu einem zweiten Luftkreislaufstrang, im dem sich der Kondensator befindet, gehören, sowie einen nach außen führenden Ableitungskanal und Mittel, um in Abhängigkeit von einem Sollwert wechselnd paarweise eine Verbindung des ersten und zweiten Strangs mit einem Lufteinlaß zum Fahrgastraum und mit dem Ableitungskanal herzustellen.
• Im folgenden werden vorteilhafte fakultative Merkmale der erfindungsgemäßen Anlage angeführt.
• - Kühlkomponenten des Fahrzeugs sind in einem vorgeschalteten Strang des Kühlkreislaufs angeordnet, der zwischen dem ersten Strang und dem entsprechenden Außenlufteinlaß eingefügt ist.
• - Eine mit Betätigungsmitteln versehene Zusatzheizungsquelle ist in dem vorgeschalteten Strang angeordnet.
• - Die Kühlkomponenten umfassen eine Speisebattene für einen elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs und/oder einen Kompressor, der zum Klimagerät gehört.
• - Der vorgeschaltete Strang ist in zwei parallele Stränge unterteilt, von denen einer die Batterie und der andere den Kompressor und/oder die Zusatzheizungsquelle enthält.
• - Die Anlage umfaßt Mittel, um eine Verbindung des hinteren Endes des vorgeschalteten Stranges wahlweise mit dem ersten Strang oder mit dem Ableitungskanal herzustellen, und/oder Mittel, um den Einlaß des vorgeschalteten Stranges zu verschließen, wobei ein erster Rückführkanal die Zufuhr von Luft aus dem Fahrgastraum in den ersten Strang ermöglicht, wenn dieser keine Luft aus dem vorgeschalteten Strang erhält.
• - Die Anlage umfaßt Mittel, um den Außenlufteinlaß des zweiten Stranges zu schließen, und einen zweiten Rückführkanal, um Luft aus dem Fahrgastraum in den zweiten Strang zu leiten, wenn dieser Einlaß geschlossen ist.
• - Die Anlage umfaßt einen zweiten Verdampfer, der im zweiten Strang angebracht und im Kühlmittelkreislauf mit dem im ersten Strang angebrachten Verdampfer parallel angeordnet ist.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, auf denen folgendes dargestellt ist:
• - Die Figuren 1 bis 5 zeigen schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Klimaanlage, auf denen die Konfiguration des Luftkreislaufs bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen zu erkennen ist.
• - Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung entsprechend Figur 2 zu einer Variante der Klimaanlage.
• Die schematischen Darstellungen der Figuren 1 bis 5 zeigen einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf, an dem in der genannten Reihenfolge ein Kompressor 11, ein Kondensator 14, der zu einem Lüftersatz 13 gehört, ein Druckminderventil 14 und ein Verdampfer 15, der zu einem Lüftersatz 16 gehört, angeordnet sind. Das Druckminderventil 14, der Verdampfer 15 und der Lüftersatz 16 sind in einem ersten Strang 17 des Luftkreislaufs angebracht, während der Kondensator 12 und sein Lüftersatz 13 in einem zweiten Strang 18 des Luftkreislaufs angebracht sind. Die vorderen Enden der Stränge 17 und 18 können über eine entsprechende Betätigung durch Verschlüsse 3 bzw. 5 geschlossen werden, die in der schematischen Darstellung jeweils als Schwenklamellensatz dargestellt sind, während die hinteren Enden dieser beiden Stränge zu einem Anschlußknoten 19 führen, von dem ein Kanal 21 für die Luftableitung außerhalb des Fahrzeugs und ein Kanal 21 für die Lufteinleitung in den Fahrgastraum ausgehen. In dem Anschlußknoten 19 ist eine Umschaltklappe 4 angeordnet, die sich zwischen einer in den Figuren 1 und 5 veranschaulichten ersten Position, in der die Stränge 17 und 18 mit den Kanälen 21 bzw. 20 in Verbindung stehen, und einer in den Figuren 2 bis 4 veranschaulichten zweiten Position verstellen kann, in der die Stränge 17 und 18 mit den Kanälen 20 bzw. 21 in Verbindung stehen.
• Vor dem Verschluß 3 sind zwei parallele Stränge 22 und 23 angeordnet, so daß sie mit dem Strang 17 in Verbindung stehen, wenn dieser geöffnet ist. Der Strang 22 enthält eine Batterie 24 für die Stromversorgung des elektrischen Antriebsmotors des Fahrzeugs, während der Strang 23 den Kompressor 11 und einen Heizwiderstand 25 enthält, der über einen Schalter 26 durch die Batterie 24 gespeist werden kann. Ein Verschluß 1 kann so betätigt werden, daß der mit der Außenluft verbundene gemeinsame Einlaß der Stränge 22 und 23 geschlossen wird, während ein Verschluß 2 eine Öffnung 27 betätigt, die eine Verbindung des gemeinsamen hinteren Endes der Stränge 22 und 23 mit dem Ableitungskanal 20 herstellt. Zwei Rückführkanäle 28 und 29 ermöglichen die Zufuhr von Luft aus dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zu den Strängen 17 bzw. 18 vor den Komponenten 12 bis 16 des Kreislaufs 10.
• Figur 1 zeigt die Konfiguration des Luftkreislaufs beim Betrieb der Anlage im Sommer. Der Kühlmittelkreislauf wird auf herkömmliche Weise betrieben, um Kälte im Bereich des Verdampfers 15 zu erzeugen. Der Verschluß 3 ist zumindest großenteils geschlossen, und der Lüftersatz 16 saugt Umluft durch den Kanal 28 an. Diese Luft wird durch den Kontakt mit dem Verdampfer 15 gekühlt und durch den Kanal 21 in den Fahrgastraum zurückgeleitet. Der Kondensator 12 wird durch Außenluft gekühlt, die durch den Strang 18 strömt, während der Verschluß 5 geöffnet ist. Die so erwärmte Luft wird durch den Kanal 20 nach außen abgeleitet, ebenso wie die von außen kommende Luft, die durch die Stränge 22 und 23 strömt, um den Kompressor 11 und die Batterie 23 zu kühlen, während die Verschlüsse 1 und 2 geöffnet sind. Dabei ist natürlich der Schalter 26 geöffnet, und der Widerstand 25 ist außer Betrieb. Eine etwaige partielle Öffnung des Verschlusses 3 ermöglicht eine Regelung der Temperatur im Fahrgastraum, in den dabei über den Strang 17 ein geringer Anteil der in den Strängen 22 und 23 erwärmten Luft eingelassen wird.
• Figur 2 zeigt die Konfiguration des Kreislaufs für den Betrieb im Winter bei mäßiger Außentemperatur zwischen einem unteren Grenzwert von etwa 5 bis 7ºC und einem oberen Grenzwert von etwa 15ºC. Der Kühlmittelkreislauf 10 arbeitet, um Wärme im Bereich des Kondensators 12 zu erzeugen. Über den Kanal 21 wird dem Fahrgastraum ausschließlich durch diesen Kondensator erwärmte Luft zugeführt, die über den geöffneten Verschluß 5 in den Strang 18 eingeleitet wird. Wenn die Verschlüsse 1 und 3 ebenfalls geöffnet sind und der Verschluß 2 geschlossen ist, wird Außenluft in die Stränge 22 und 23 eingelassen, um den Kompressor 11 und die Batterie 24 zu kühlen, woraufhin sie zum Verdampfer 15 strömt, an den sie Wärme abgibt, bevor sie über den Anschlußknoten 19 und den Kanal 20 nach außen abgeleitet wird. Auch hierbei ist der Schalter 26 geöffnet.
• Figur 3 bezieht sich auf einen Betrieb bei großer Kälte, wenn die Außentemperatur unter dem vorgenannten Grenzwert liegt. Die Positionen der Verschlüsse sind die gleichen wie in Figur 2. Der einzige Unterschied besteht darin, daß der Schalter 26 geschlossen ist, so daß der Widerstand 25 Wärme abgibt. Die Luft, die aus den Strängen 22 und 23 kommt und in den Strang 17 einströmt, ist wärmer, wodurch sich die Temperatur des Verdampfers 15 und demzufolge auch die Temperatur des Kondensators 12 entsprechend erhöht, der wiederum die Luft, die durch den Strang 18 zuströmt und über den Kanal 21 in den Fahrgastraum eingeleitet wird, stärker erwärmt.
• Figur 4 veranschaulicht den Betrieb der Anlage im Winter mit Umluft. Diese Figur unterscheidet sich von den Figuren 2 und 3 dadurch, daß der Verschluß 5 geschlossen ist, so daß die durch den Kondensator 12 im Strang 18 erwärmte Luft über den Kanal 29 aus dem Fahrgastraum kommt. In Abhängigkeit von der Außentemperatur kann der Schalter 26 wie in Figur 2 geöffnet oder wie in Figur 3 geschlossen sein.
• Figur 5 veranschaulicht den Betrieb der Anlage im Winter beim Einschalten des Kühlmittelkreislaufs, wenn dieser noch nicht in der Lage ist, die für die Heizung des Fahrgastraums erforderliche Wärme zu erzeugen. Die Verschlüsse 1 und 5 sind geschlossen, so daß nur Umluft in die Stränge 17 und 18 durch die Rückführkanäle 28 und 29 einströmen kann. Der Verschluß 2 ist ebenfalls geschlossen, während der Verschluß 3 geöffnet ist, so daß eine Verbindung zwischen dem Strang 22 und den Strängen 22 und 23 hergestellt wird, während die Klappe 4 so angeordnet ist, daß die Sträge 17 und 18 mit den Kanälen 21 bzw. 20 in Verbindung stehen. Der Schalter 26 ist geschlossen, und die in den Fahrgastraum eingeleitete Luft wird durch den Kompressor 11, die Batterie 24 und den Widerstand 25 erwärmt. Sobald der Kühlmittelkreislauf 10 funktionsfähig ist, geht die Anlage in eine der Konfigurationen von Figur 2 bis 4 über.
• Figur 6 veranschaulicht eine Variante der Anlage von Figur 1 bis 5 in einer Konfiguration, die der von Figur 2 entspricht. Diese Variante ist durch das Vorhandensein eines zweiten Verdampfers 30 gekennzeichnet, der im Kühlmittelkreislauf 10 parallel zum Verdampfer 15 installiert und im Strang 18 des Luftkreislaufs - im dargestellten Beispiel vor dem Kondensator 12 - angeordnet ist, so daß er ebenfalls von dem durch den Lüftersatz 13 erzeugten Luftstrom durchströmt wird. Der Verdampfer 30 ist zwischen dem Lüftersatz 13 und dem Kondensator 12 eingefügt. Dieser zweite Verdampfer bewirkt eine Kondensation der Feuchtigkeit, die in dem durch den Strang 18 strömenden Luftstrom vorhanden ist, und begünstigt dadurch die Beschlagfreihaltung der Windschutzscheibe des Fahrzeugs.
• In der Anlage der Figuren 1 bis 5 ebenso wie in der Variante von Figur 6 kann jeder der Verschlüsse 1, 3 und 5 in unterschiedlichen Zwischenpositionen angeordnet sein, um den durch die Stränge 17 und 18 strömenden Umluftanteil des Luftstroms zu regulieren.

Claims (8)

1. Anlage für die Regelung der Temperatur im Fahrgastraum eines Fahrzeugs unter Verwendung eines Klimageräts (10), in dem ein Kühlmittel in einer Richtung zwischen einem Verdampfer (15), wo es Wärme von einem Luftstrom aufnimmt, und einem Kondensator (12), wo es Wärme an einen Luftstrom abgibt, zirkuliert, wobei in dieser Anlage ein Luftstrom vor der Einleitung in den Fahrgastraum durch den Kontakt mit dem Verdampfer gekühlt oder durch den Kontakt mit dem Kondensator erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Außenlufteinlässe umfaßt, die zu einem ersten Luftkreislaufstrang (17), in dem sich der Verdampfer (15) befindet, bzw. zu einem zweiten Luftkreislaufstrang (18), im dem sich der Kondensator (12) befindet, gehören, sowie einen Kanal (20) für die Ableitung nach außen und Mittel (4), um in Abhängigkeit von einem Sollwert wechselnd paarweise eine Verbindung des ersten und zweiten Strangs (17, 18) mit einem Lufteinlaß (21) zum Fahrgastraum und mit dem Ableitungskanal (20) herzustellen.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlkomponenten (11, 24) des Fahrzeugs in einem vorgeschalteten Strang (22, 23) des Kühlkreislaufs angeordnet sind, der zwischen dem ersten Strang und dem entsprechenden Außenlufteinlaß eingefügt ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Betätigungsmitteln (26) versehene Zusatzheizungsquelle (25) in dem vorgeschalteten Strang angeordnet ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkomponenten eine Speisebattene (24) für einen elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs und/oder einen Kompressor (11) umfassen, der zum Klimagerät (10) gehört.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeschaltete Strang in zwei parallele Stränge unterteilt ist, von denen einer (22) die Batterie und der andere (23) den Kompressor und/oder die Zusatzheizungsquelle enthält.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (27, 2) umfaßt, um eine Verbindung des hinteren Endes des vorgeschalteten Stranges (22, 23) wahlweise mit dem ersten Strang (17) oder mit dem Ableitungskanal (20) herzustellen, und/oder Mittel (1), um den Einlaß des vorgeschalteten Stranges zu verschließen, wobei ein erster Rückführkanal (28) die Zufuhr von Luft aus dem Fahrgastraum in den ersten Strang ermöglicht, wenn dieser keine Luft aus dem vorgeschalteten Strang erhält.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (5) umfaßt, um den Außenlufteinlaß des zweiten Stranges (18) zu schließen, und einen zweiten Rückführkanal (29), um Luft aus dem Fahrgastraum in den zweiten Strang zu leiten, wenn dieser Einlaß geschlossen ist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zweiten Verdampfer (30) umfaßt, der im zweiten Strang (18) angebracht und im Kühlmittelkreislauf (10) mit dem im ersten Strang (17) angebrachten Verdampfer (15) parallel angeordnet ist.