DE102006022249A1 - Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeug-Klimaanlage mit Kältespeicher und Fahrzeug-Klimaanlage mit Kältespeicher - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeug-Klimaanlage mit Kältespeicher, wobei die Fahrzeug-Klimaanlage eine Kälteanlage umfasst, die einen Verdichter, einen Gaskühler, mindestens ein Expansionsorgan und einen Verdampfer umfasst, die eine Temperturregelung für die Lufttemperatur im Bereich nach dem Verdampfer umfasst, der mit einem Kältespeicher gekoppelt ist, der ein Speichermedium aufweist, das durch Phasenumwandlung Kälte speichert, wobei die Kälteanlage durch einen Motor angetrieben wird, der durch eine Start-Stopp-Automatik aus- und eingeschaltet wird, wobei die Kühlung bei ausgeschaltetem Motor durch den Kältespeicher erfolgt, wobei anhand mindestens eines Parameters eine Schätzung für einen zu erwartenden Fahrzeug-Stopp ermittelt wird, wobei bei einem zu erwartenden Fahrzeug-Stopp die Temperatur (T<SUB>nV</SUB>) nach dem Verdampfen auf einen Wert unterhalb der Phasenumwandlungstemperatur (T<SUB>PHU</SUB>) des Speichermediums im Kältespeicher geregelt wird, wohingegen bei einem nicht zu erwartenden Fahrzeug-Stopp und/oder Motorabschaltung die Temperatur (T<SUB>nV</SUB>) nach dem Verdampfer auf einen Wert oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur (T<SUB>PHU</SUB>) des Speichermediums im Kältespeicher geregelt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeug-Klimaanlage mit Kältespeicher und eine Fahrzeug-Klimaanlage mit Kältespeicher, insbesondere bei Anwendungen in Fahrzeugen mit Hybridantrieb.
  • Insbesondere bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb wird der Verbrennungsmotor in Stillstandsphasen über eine entsprechende Start-Stopp-Funktion zur erweiterten Kraftstoffverbrauchseinsparung in der Regel abgestellt. Da konventionelle Klimakompressoren im Fahrzeug durch den Verbrennungsmotor angetrieben werden, steht in der Stillstandsphase keine Kühlleistung durch den Kompressor zur Verfügung.
  • Eine Kälteanlage einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit einem geschlossenen Kältemittelkreislauf ist allgemein bekannt. Das Kältemittel läuft über einen Verdichter zum Komprimieren des Kältemittels, einen Gaskühler als Kondensator zum Kondensieren des komprimierten Kältemittels, ein Expansionsorgan, welches zum Regeln und Steuern des Kältemittelmassenstroms verwendet wird, und einen Verdampfer für einen Wärmeaustausch zwischen der einen Fahrzeuginnenraum kühlenden Luft und dem aus dem Expansionsorgan strömenden Kältemittel.
  • Eine solche Kälteanlage umfasst regelmäßig eine Temperaturregelung für die Lufttemperatur im Bereich nach dem Verdampfer. Die Soll-Temperatur für die Luft in diesem Bereich wird über eine Temperaturregelung automatisch oder gegebenenfalls von Hand vorgegeben.
  • Abhängig von der Kühlanforderung des Fahrers bzw. weiteren Randbedingungen wie Sonneneinstrahlung und/oder gewählte Klimafunktion stellt sich eine Temperatur nach Verdampfer von beispielsweise ~2°C–~12°C ein. Eine tiefere Temperatur kann zur Vereisung des Verdampfers führen, eine höhere Temperatur zu einer entsprechenden Komfortbeeinträchtigung durch den höheren Feuchtegehalt im Fahrzeuginnenraum. In der herkömmlichen Verdampferregelung eines Klimavollautomaten wird die Verdampfertemperatur nur soweit abgesenkt wie es notwendig ist, um die gewünschte Ausströmtemperatur zu erreichen. Aus Verbrauchs- und Komfortgründen wird versucht, die Temperatur möglichst in der Nähe von beispielsweise 10°C–12°C zu halten.
  • In der Stillstandsphase bei abgestelltem Verbrennungsmotor hat dies jedoch zur Folge, dass die Temperatur nach Verdampfer relativ schnell oberhalb der Grenztemperatur von beispielsweise 12°C liegt und sich somit ein für den Fahrgast unkomfortables Temperaturniveau einstellt.
  • Weiterhin ist bekannt, den Verdampfer mit einem Kältespeicher zu koppeln, wobei das entsprechende Speichermedium im Bereich von beispielsweise ~8°C–~2°C eine Phasenumwandlung erfährt und somit die eingetragene Kälte speichern kann. Nachteilig hierbei ist jedoch der Umstand, dass die Temperatur nach Verdampfer konstant unterhalb der Umwandlungstemperatur des Speichermediums liegen muss, um für den Stopp-Fall die gespeicherte Kälte zu nutzen. Dieses Vorgehen steht im Gegensatz zum Verbrauchsvorteil bei entsprechend höheren Temperaturen nach Verdampfer.
  • Derartige Fahrzeug-Klimaanlagen mit Kältespeicher sind beispielsweise in der DE 102 42 021 A1 , DE 103 17 521 A1 , DE 103 08 542 A1 oder der DE 101 24 757 A1 bekannt. Dabei wird in der DE 101 24 757 A1 eine Kältesammelbetriebsart offenbart, bei der die Temperatur am Verdampfer reduziert wird, um die Kältespeicherung zu beschleunigen und anschließend die Temperatur wieder erhöht wird, wobei die dann eingestellte Temperatur am Verdampfer knapp unterhalb der Phasenumwandlungstemperatur des Kältespeichermediums liegt.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeug-Klimaanlage mit Kältespeicher und eine Fahrzeug-Klimaanlage mit Kältespeicher zu schaffen, die weniger Kraftstoffverbrauch aufweisen.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 4. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Hierzu umfasst die Fahrzeug-Klimaanlage mit Kältespeicher eine Kälteanlage, die einen Verdichter, einen Gaskühler, mindestens ein Expansionsorgan und einen Verdampfer umfasst, die eine Temperaturregelung für die Lufttemperatur im Bereich nach dem Verdampfer umfasst, der mit einem Kältespeicher gekoppelt ist, der ein Speichermedium aufweist, das durch Phasenumwandlung Kälte speichert, wobei die Kälteanlage durch einen Motor angetrieben wird, der durch eine Start-Stopp-Automatik aus- und eingeschaltet wird, wobei die Kühlung bei ausgeschaltetem Motor durch den Kältespeicher erfolgt, wobei anhand mindestens eines Parameters eine Schätzung für einen zu erwartenden Fahrzeug-Stopp ermittelt wird, wobei bei einem zu erwartenden Fahrzeug-Stopp die Temperatur nach dem Verdampfer auf einen Wert unterhalb der Phasenumwandlungstemperatur des Speichermediums im Kältespeicher geregelt wird, wo hingegen bei einem nicht zu erwartenden Fahrzeug-Stopp und/oder Motorabschaltung die Temperatur nach dem Verdampfer auf einen Wert oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur des Speichermediums im Kältespeicher geregelt wird. Hierdurch wird in den Betriebsphasen, wo der Kältespeicher nicht benötigt wird, Energie gespart und nur, wenn der Kältespeicher benötigt wird, dieser bedarfsweise aufgeladen. Wie weit die Temperatur nach dem Verdichter unterhalb der Phasenumwandlungstemperatur heruntergeregelt wird, hängt dabei vorzugsweise davon ab, wie weit im Voraus der Fahrzeugstillstand geschätzt wird. Je geringer die verbleibende Zeit ist, desto stärker wird die Temperatur abgeregelt. Entsprechend kann bei sehr großen Zeiträumen die Temperatur nahezu gleich der Phasenumwandlungstemperatur geregelt werden. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Start-Stopp-Automatik den Motor wieder startet, wenn während der Stillstandsphase eine Grenztemperatur überschritten wird. Hinsichtlich der Ausbildung der Komponenten sowie der Temperaturregelung wird beispielsweise auf die DE 101 24 757 A1 ausdrücklich Bezug genommen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Parameter mindestens die Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei unterhalb einer vorgebbaren Grenzgeschwindigkeit ein Fahrzeug-Stopp erwartet wird. Dabei kann die Grenzgeschwindigkeit fest vorgegeben sein oder aber vom Fahrer einstellbar sein oder sich situativ anpassen. Vorzugsweise wird die Grenzgeschwindigkeit < 60 km/h, weiter vorzugsweise < 40 km/h und besonders bevorzugt < 20 km/h gewählt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden als Parameter die aktuelle Fahrpedalstellung und/oder der aktuelle Gang und/oder die aktuelle Sonneneinstrahlung und/oder eine Fahrertyperkennung und/oder eine Stop&Go-Erkennung und/oder der SOC/SOH (State of Charge/State of Health) eines Energiespeichers des Fahrzeuges berücksichtigt, um einen zu erwartenden Fahrzeug-Stopp und/oder eine Motorabschaltung zu ermitteln. So sind damit beispielsweise Situationen erkennbar, wo zwar ein Fahrzeug-Stillstand bevorsteht, aufgrund des Ladezustandes eines Energiespeichers der Motor jedoch nicht abgeschaltet werden soll, insbesondere bei Hybrid-Fahrzeugen. In diesen Fällen kann dann auch im Stillstand die Klimaanlage bzw. die Kälteanlage der Klimaanlage durch den Motor angetrieben werden und die Temperatur nach dem Verdampfer auf eine Temperatur knapp unterhalb der Grenztemperatur TGRENZ geregelt bleiben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt den Vorlauf der Temperatur nach dem Verdampfer in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit über die Zeit.
  • Dabei bezeichnet TGRENZ eine vorgegebene Grenztemperatur für die Temperatur TnV nach dem Verdampfer, bis zu der ein komfortables Temperaturniveau im Fahrzeuginnenraum einstellbar ist. Die Grenztemperatur liegt dabei typischerweise bei ca. 12°C. Bei Fahrzeuggeschwindigkeiten Vfzg größer einer Grenzgeschwindigkeit VGRENZ wird die Temperatur TnV nach dem Verdampfer auf eine Temperatur knapp unterhalb der Grenztemperatur TGRENZ geregelt, beispielsweise auf 10°C. Sinkt nun die Fahrzeuggeschwindigkeit Vfzg unter die Grenzgeschwindigkeit VGRENZ, so wird die Temperatur TnV nach dem Verdampfer auf einen Wert unterhalb der Phasenumwandlungstemperatur TPHU des Speichermediums im Kältespeicher geregelt. Während dieser Phase wird die Kälteanlage weiterhin vom Motor betrieben und Kälte im Kältespeicher gespeichert. Wie bereits ausgeführt, handelt es sich bei dem Motor vorzugsweise um den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Hybridantriebes. Nach dem Abschalten des Motors bei Fahrzeuggeschwindigkeit Vfzg = 0 bzw. der bereits vorher erfolgten Abschaltung des Motors (Ausrollen) wird die Kälteanlage nicht länger angetrieben. In dieser Stillstandsphase mit abgeschaltetem Motor wird die gespeicherte Kälte des Kältespeichers wieder an die Frischluft abgegeben. Mit dem Starten des Motors oder beim Übersteigen der Grenzgeschwindigkeit wird dann die Temperatur TnV nach dem Verdampfer wieder auf eine Temperatur knapp unterhalb der Grenztemperatur TGRENZ geregelt. Sollte hingegen die gespeicherte Kälte während der Stillstandsphase nicht ausreichend sein, um die Temperatur im Fahrzeuginnenraum zu halten, so wird vorzugsweise der Motor wieder gestartet.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeug-Klimaanlage mit Kältespeicher, wobei die Fahrzeug-Klimaanlage eine Kälteanlage umfasst, die einen Verdichter, einen Gaskühler, mindestens ein Expansionsorgan und einen Verdampfer umfasst, die eine Temperaturregelung für die Lufttemperatur im Bereich nach dem Verdampfer umfasst, der mit einem Kältespeicher gekoppelt ist, der ein Speichermedium aufweist, das durch Phasenumwandlung Kälte speichert, wobei die Kälteanlage durch einen Motor angetrieben wird, der durch eine Start-Stopp-Automatik aus- und eingeschaltet wird, wobei die Kühlung bei ausgeschaltetem Motor durch den Kältespeicher erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass anhand mindestens eines Parameters eine Schätzung für einen zu erwartenden Fahrzeug-Stopp ermittelt wird, wobei bei einem zu erwartenden Fahrzeug-Stopp die Temperatur (TnV) nach dem Verdampfer auf einen Wert unterhalb der Phasenumwandlungstemperatur (TPHU) des Speichermediums im Kältespeicher geregelt wird, wohingegen bei einem nicht zu erwartenden Fahrzeug-Stopp und/oder Motorabschaltung die Temperatur (TnV) nach dem Verdampfer auf einen Wert oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur (TPHU) des Speichermediums im Kältespeicher geregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter mindestens die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vfzg) ist, wobei unterhalb einer vorgebbaren Grenzgeschwindigkeit (VGRENZ) ein Fahrzeug-Stopp erwartet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter die aktuelle Fahrpedalstellung und/oder der aktuelle Gang und/oder die aktuelle Sonneneinstrahlung und/oder eine Fahrertyperkennung und/oder eine Stop&Go-Erkennung und/oder der SOC/SOH eines Energiespeichers des Fahrzeugs berücksichtigt werden, um einen zu erwartenden Fahrzeug-Stopp und/oder eine Motorabschaltung zu ermitteln.
  4. Fahrzeug-Klimaanlage mit Kältespeicher, umfassend eine Kälteanlage, die einen Verdichter, einen Gaskühler, mindestens ein Expansionsorgan, Verdichter und eine Temperaturregelung für die Lufttemperatur im Bereich nach dem Verdichter umfasst, wobei der Verdichter mit einem Kältespeicher gekoppelt ist, der ein Speichermedium aufweist, das durch Phasenumwandlung Kälte speichert, wobei die Kälteanlage durch einen Motor angetrieben wird, der durch eine Start-Stopp-Automatik aus- und eingeschaltet wird, wobei die Kühlung bei ausgeschaltetem Motor durch den Kältespeicher erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass anhand mindestens eines Parameters eine Schätzung für einen zu erwartenden Fahrzeug-Stopp ermittelt wird, wobei bei einem zu erwartenden Fahrzeug-Stopp die Temperaturregelung die Temperatur (TnV) nach dem Verdampfer auf einen Wert unterhalb der Phasenumwandlungstemperatur (TPHU) des Speichermediums im Kältespeicher geregelt wird, wohingegen bei einem nicht zu erwartenden Fahrzeug-Stopp und/oder Motorabschaltung die Temperatur (TnV) nach dem Verdampfer auf einen Wert oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur (TPHU) des Speichermediums im Kältespeicher geregelt wird.
  5. Fahrzeug-Klimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter mindestens die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vfzg) ist, wobei unterhalb einer vorgebbaren Grenzgeschwindigkeit (VGRENZ) ein Fahrzeug-Stopp erwartet wird.
  6. Fahrzeug-Klimaanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter die aktuelle Fahrpedalstellung und/oder der aktuelle Gang und/oder die aktuelle Sonneneinstrahlung und/oder eine Fahrertyperkennung und/oder eine Stop&Go-Erkennung und/oder der SOC/SOH eines Energiespeichers des Fahrzeugs berücksichtigt werden, um einen zu erwartenden Fahrzeug-Stopp und/oder Motorabschaltung zu ermitteln.
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