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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Klimatisierungsvorrichtung,
mit der ein Fahrgastraum sowie ein Aufbewahrungsfach, sowie ein
in einem Aufnahmeraum angeordneter Energiespeicher eines Fahrzeugs,
insbesondere mindestens eine Fahrzeugbatterie kühlbar ist.
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Nach
dem Stand der Technik muss die bei Ladung und Entladung in den Zellen
entstehende Wärme von Batterien, sowie eine durch die Umgebung
eingebrachte Wärme verringert werden. Wegen einer maximal
zulässigen Zelltemperatur, die für eine lange
Lebensdauer des Energiespeichers einen bestimmten Maximalwert nicht überschreiten
soll, wird die Kühlung über den Klimakreislauf
des Fahrzeugs oder eine spezielle Kühlvorrichtung vorgenommen. Der
Grenzwert liegt beispielsweise bei AgM-Batterien bei 55 Grad Celsius.
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Aus
der gattungbildenden
DE
10 2005 049 200 A1 ist eine Klimaanlage zur Fahrzeugnutzung bekannt,
bei der sich ein Volumen und eine Temperatur der Klimaluft, die
in einen Fahrgastraum eingeleitet wird, nicht ändert, wenn
sich ein Volumen der von einem Batteriekühlgebläse
ausgeblasenen Luft verändert. Hier wird, in einem zur Klimatisierung
des Fahrgastraums parallelen Zweig, durch einen Lüfter und
eine Klappenanordnung der Energiespeicher gekühlt.
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Aus
der
DE 10 2007
017 019 A1 ist bekannt, den Energiespeicher an die Klimaanlage
des Fahrzeugs anzubinden, und die mittels einer Fahrzeugklimaanlage
klimatisierte Innenraumluft dem Energiespeicher als Kühlluft
zuzuführen, um von dem elektrischen Energiespeicher die
Wärme auch bei sehr hohen Außentemperaturen abführen
zu können.
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Die
DE 44 08 960 C1 offenbart
einen Batteriekühlschlangenabschnitt, der als Teil der
Klimaanlage durch Zirkulation des Kühlwassers unterhalb
der Batterie angeordnet ist, um auch bei hohen Umgebungstemperaturen
eine zuverlässige Batteriekühlung zu gewährleisten.
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Die
genannten Vorrichtungen weisen die Gemeinsamkeit auf, dass eine
Kühlung des elektrischen Energiespeichers mit einem erheblichen
konstruktiven Aufwand bewirkt wird.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte, einfache
und kostengünstigere Kühlung eines elektrischen
Energiespeichers zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung
und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 7 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden
Beschreibung mit zugehörigen Zeichnungen.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen
eines Fahrzeugs mit einer Klimatisierungsvorrichtung, bei der neben
einem Fahrgastraum mindestens ein Aufbewahrungsfach kühlbar
ist, wobei Verbindungsmittel vorgesehen sind, mit denen Klimatisierungsvorrichtung,
Fahrgastraum, Aufbewahrungsfach und Aufnahmeraum verbunden sind,
weist also die Besonderheit auf, dass in dem Verbindungsmittel zwischen
Klimatisierungsvorrichtung und Aufbewahrungsfach ein Verteilungsmittel
angeordnet ist, das einen an das Aufbewahrungsfach gerichteten Kühlluftstrom
zusätzlich für einen Aufnahmeraum aufteilt, wobei
der Aufnahmeraum einen Deckel aufweist, der eine Auffächerung
des Kühlluftstroms und somit eine homogene Verteilung der
Kühlluft für den elektrischen Energiespeicher
bewirkt. Unter Aufbewahrungsfach ist hier beispielsweise der Kasten
eines Handschuhfachs oder ein schließbarer Aufnahmeraum
in der Mittelkonsole, insbesondere eine Armlehne mit integrierter
Ablage zu verstehen, die bei einigen Fahrzeugen durch einen mit
der Klimaanlage verbundenen Luftkanal mit gekühlt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung ist der Deckel
so konstruiert, dass der über eine Öffnung eingeleitete
Kühlluftstrom gleichmäßig über die
untere Seite des Deckels auf den elektrischen Energiespeicher aufgefächert
wird. Über Öffnungen im unteren Bereich des Aufnahmeraums
erfolgt dabei die Zwangsentlüftung, so dass eine Verteilung,
insbesondere homogene Verteilung des Kühlluftstroms um
den elektrischen Energiespeicher gewährleistet ist.
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Nach
einem zusätzlichen vorteilhaften Merkmal ist dabei vorgesehen,
dass das Verteilungsmittel aus mindestens einem Bauteil besteht,
das den Kühlluftstrom für Aufbewahrungsfach und
Aufnahmeraum mit einem unterschiedlichen Strömungswiderstand beaufschlagt.
In der einfachsten Ausprägung wird ein einfacher, sogenannter
Y-Verteiler verwendet, der den Kühlluftstrom aus der Klimazuführvorrichtung
für Aufnahmeraum und Aufbewahrungsfach verteilt.
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In
einer anderen Ausprägung wird an Stelle der genannten fixen
Einstellung der Luftverteilung auch mindestens ein einstellbares
Bauteil verwendet, beispielsweise eine steuerbare Klappe, die die durchströmende
Luftmenge entweder statisch oder dynamisch beeinflusst. Für
eine besonders komfortable Lösung wird mindestens ein elektrisches
Bauteil zur Verstärkung des Kühlluftstroms verwendet, beispielsweise
ein elektrischer Lüfter, mit dem eine unterschiedliche
statische und dynamische Luftverteilung für Aufnahmeraum
und Aufbewahrungsfach einstellbar ist. Darüber hinaus wird
in dieser Ausprägung eine sogenannte Nachlaufsteuerung
realisiert, die gerade bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-Automatik
vorteilhaft ist. Hier wird beispielsweise in einer längeren
Stopp-Phase die Rest-Kälte-Kapazität der Klimaanlage
genutzt, um bei hohen Umgebungstemperaturen die maximale Temperatur
des Energiespeichers nicht zu überschreiten.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausprägung der Erfindung wird
der Anteil an Kühlluftstrom für unterschiedliche
Bedürfnisse für Aufnahmeraum und Aufbewahrungsfach
aufgeteilt, wobei im einfachsten Fall die Querschnitte und/oder
die Länge der abgehenden Leitungen unterschiedlich ausgelegt
sind. Dies wird beispielsweise durch Einlegen von kleineren Schläuchen
oder von querschnittsverringernden Baugruppen erreicht.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausprägung wird beispielsweise
für einen normalen Betrieb eines Fahrzeugs mit Start-Stopp-Automatik
im Stadtverkehr, angefangen von einer Start-Position mit kaltem Motor
bis zu einem Fahrtende nach einer bestimmten Fahrstrecke, der unterschiedliche
Bedarf an Kühlluftstrom für Aufbewahrungsfach
und Aufnahmeraum durch zeitlich abgestimmte Durchströmungsvolumina eingestellt.
Hier wird beispielsweise nach Ablauf einer Start-Phase, in der die
Temperatur des elektrischen Energiespeichers noch gering ist, vorrangig der
Kühlluftstrom in Richtung Aufbewahrungsfach geleitet. Erst
nach Ablauf der Zeitspanne, nach der mit einer höheren
Temperatur des Energiespeichers zu rechnen ist, wird ein höherer
Anteil an Kühlluftstrom zum Aufnahmeraum geleitet.
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In
einer besonders komfortabel ausgelegten Ausführung der
Erfindung wird die Verteilung des Kühlluftstroms in Abhängigkeit
von der Temperatur des elektrischen Energiespeichers eingestellt. Über einen
Temperatursensor, der am elektrischen Energiespeicher angebracht
ist, wird dessen Temperatur an eine Steuervorrichtung übermittelt.
Eine in der Steuervorrichtung enthaltene Logik wertet das Temperatursignal
aus und steuert das Verteilungsmittel derart, dass der Kühlluftstrom
beispielsweise durch Klappen oder elektrische Lüfter für
Aufnahmeraum und Aufbewahrungsfach geregelt wird. Für den
Fall eines längeren Motor-Stopps bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-Automatik
wird in Form einer Nachlaufsteuerung ein unzulässiger Temperatur-Anstieg
des elektrischen Energiespeichers verhindert und dessen Lebensdauer
damit entscheidend verlängert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Kühlen
eines Fahrzeugs mit einer Klimatisierungsvorrichtung, bei der neben
einem Fahrgastraum mindestens ein Aufbewahrungsfach gekühlt
wird, wobei Klimatisierungsvorrichtung, Fahrgastraum, Aufbewahrungsfach
und Aufnahmeraum durch Verbindungsmittel verbunden werden, weist
die Besonderheit auf, dass ein Kühlluftstrom und/oder eine
Kühlluftstrommenge und/oder eine Kühllufttemperatur
variabel für den mindestens einen Aufnahmeraum vorgenommen wird,
dass ein Temperatur-Grenzwert des zu temperierenden elektrischen
Energiespeichers nicht überschritten wird.
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In
einer weiteren Ausprägung des Verfahrens wird der Kühlluftstrom
und/oder die Kühlluftstrommenge und/oder die Kühllufttemperatur
zur Temperierung des Aufnahmeraums in Abhängigkeit des
Temperatur-Grenzwerts des elektrischen Energiespeichers geregelt.
Das Signal eines Temperatursensors, der an dem elektrischen Energiespeicher angeordnet
ist wird an die Regelungsvorrichtung weitergeleitet, die den Kühlluftstrom
und/oder die Kühlluftstrommenge und/oder die Kühllufttemperatur durch
Ansteuerung von Klappe und/oder Lüfter zur Temperierung
des Aufnahmeraums beeinflusst.
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Erfindungsgemäß ist
der mindestens eine zu kühlende elektrische Energiespeicher
im Aufnahmeraum ein elektrischer Akkumulator oder ein elektrischer
Kondensator. Als Akkumulator finden Verwendung AgM-Batterie, Lithium-Ion
Batterie oder Nickel-Metall-Hydrid-Batterie. Ebenfalls als Energiespeicher
einsetzbar ist eine Hochvoltbatterie, insbesondere in Verbindung
mit Verlustwärme erzeugender Hochleistungselektronik oder
eine Brennstoffzelle als Energiespeicher, beziehungsweise Energieerzeuger.
In der Gruppe der Kondensatoren kommen Doppelschichtkondensatoren
zum Einsatz.
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Die
Vorteile der Erfindung, die mit wenig Aufwand zu realisieren ist,
liegen darin, dass ein elektrischer Energiespeicher ohne zusätzliches
Kühlaggregat sehr wirksam gekühlt wird. Das erfindungsgemäße
Verteilungsmittel entnimmt im Fall einer vorhandenen Handschuhfachkastenkühlung
nicht Luft aus dem Fahrgastraum, sondern wesentlich kältere
Luft aus der Klimaanlage. Eine Integration in bestehende Konzepte
bietet den Vorteil, dass diese Lösung nicht nur in Serienfahrzeugen
sondern auch als Nachrüstlösung realisierbar ist,
was besonders bei nachrüstbaren Start-Stopp-Systemen von
Bedeutung ist, bei denen die Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers
dadurch verlängerbar ist und Ausfälle minimiert
werden. Ein zusätzlicher Energiebedarf zur Kühlung
des elektrischen Energiespeichers ist bei einer passiven Verteilung
der Kühlluft nicht erforderlich und bei gesteuerter beziehungsweise geregelter Ausführung
des Kühlluftstroms minimal, da nur wenig Energie aufgebracht
werden muss. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt beim Einsatz
in Fahrzeugen mit Start-Stopp-Betrieb in Gebieten mit hoher Umgebungstemperatur,
wodurch die Wahrscheinlichkeit eines vorzeitigen Ausfalls des elektrischen
Energiespeichers minimiert wird. Dabei bleibt eine Fahrzeuginnenraumklimatisierung
unbeeinflusst, da nur ein Teil der Kühlenergie für
das Aufbewahrungsfach, insbesondere für das Handschuhfach,
benötigt wird.
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Im
Betrieb kommt es je nach Auslegung des Verteilungsmittels zu keiner
zusätzlichen beziehungsweise kaum wahrnehmbaren Geräuschentwicklung.
Im Winter ergibt sich ein weiterer Vorteil dadurch, dass Wärme
aus der Klimaanlage zum schnelleren Aufheizen des elektrischen Energiespeichers entnommen
wird und dessen Einsatztemperatur damit schneller erreicht wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer, in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Die darin beschriebenen Besonderheiten
können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt
werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
prinzipielle Verschaltung des Verteilungsmittels
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2 Aufbau
des Verteilungsmittels mit Klappensteuerung
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3 Aufbau
des Verteilungsmittels mit Lüftersteuerung
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4a bis
c Ausführungsformen eines Deckels
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Die 1 zeigt
ein Verteilungsmittel 4 in einem Kühlsystem, zur
Kühlung eines Aufbewahrungsfachs 3 und eines Aufnahmeraums 1,
in dem ein elektrischer Energiespeicher 2 untergebracht
ist. Dabei wird ausgehend von einer nicht dargestellten Klimatisierungsvorrichtung,
Kühlluft über einen nicht dargestellten Verdampfer über
das Verbindungsmittel 5 dem Verteilungsmittel 4 zugeführt
und gelangt über einen Verbindungsmittel 6 zum
Aufbewahrungsfach 3. Über einen Zusatzluftkanal 8 wird
die Kühlluft, ausgehend vom Verbindungsmittel 5 über
das Verteilungsmittel 4, bestehend aus mindestens einem
Bauteil 9, dem Aufnahmeraum 1, in dem sich der
elektrische Energiespeicher befindet, zugeführt. Die zugeführte
Kühlluft zum Aufbewahrungsfach 4 und zum Aufnahmeraum 1 wird über
vorhandene, nicht näher dargestellte Öffnungen
zwangsweise abgeführt, so dass eine ständige Umströmung,
beispielsweise des elektrischen Energiespeichers 2, gewährleistet
ist. In einer erweiterten Ausbaustufe ist der elektrische Energiespeicher 2 oder
der Aufnahmeraum 1 und/oder der Zusatzluftkanal 8 mit
einem Temperatursensor 10 ausgerüstet, dessen
Signal unter anderem der Vorrichtung 11 zur Signalverarbeitung
zugeführt wird, aus der weitere Aktionen abgeleitet werden.
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Die 2 zeigt
den prinzipiellen Aufbau des Verteilungsmittels 6 mit weiteren
Angaben zur Auslegung des mindestens einen Bauteils 9.
Hier erfolgt die Verteilung des Kühlluftstroms zum Verbindungsmittel 6 und
zum Zusatzluftkanal 8 mit einer Klappe 12. In
einer einfachen Ausführung wird der über Verbindungsmittel 5 eingeleitete
Kühlluftstrom zwischen Aufbewahrungsfach 4 und
Aufnahmeraum 1 umgeschaltet. In der 2 ist der
Zustand dargestellt, in dem der Kühlluftstrom zum Aufnahmeraum 1 und
damit zum elektrischen Energiespeicher 2 geleitet wird. In
einer weiteren, nicht näher dargestellten Ausführung
ist die Klappe 12 als Verteiler mit Luftmengenregler ausgelegt,
die einen für Aufbewahrungsfach und Aufnahmeraum unterschiedlichen
Strömungswiderstand einstellt, wobei der über
das Verbindungsmittel 5 eingeleitete Kühlluftstrom
anteilig zum Verbindungsmittel und zum Zusatzluftkanal 8 verteilt wird.
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Die 3 zeigt
den prinzipiellen Aufbau des Verteilungsmittels 4, bei
der die Verteilung des Kühlluftstroms für Aufbewahrungsfach 3 und
Aufnahmeraum 1 mit einem Lüfter 13a und 13b erfolgt,
mit denen ein über Verbindungsmittel 5 zugeführter
Kühlluftstrom veränderbar ist. Da eine Regelung
der Kühlung des Aufbewahrungsfachs 4 nicht erforderlich
ist, kann der Lüfter 13b entfallen. Ausgehend
von der durch den Temperatursensor 10 erfassten Temperatur
des elektrischen Energiespeichers 2 aus 1 erfolgt über
die Steuervorrichtung 11 beziehungsweise Regelungsvorrichtung 14 durch
die Ansteuerung des Lüfters 13a eine individuelle
Kühlung des Aufnahmeraums 1 durch Regelung des
Kühlluftstromes. Zusätzlich zu einem Einsatz in
einem normalen Fahrbetrieb wird durch entsprechende, nicht näher
dargestellte elektrische Verschaltung, somit auch in einem Stand-Betrieb,
der beispielsweise bei einem Fahrzeug mit Start-Stopp-Automatik
vermehrt auftritt, der elektrische Energiespeicher 2 in
Form einer Nachlaufsteuerung für den Lüfter 13a gekühlt.
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Die 4a bis 4c zeigen
verschiedene Ausgestaltungen des Deckels 7 des Aufnahmeraums 1, über
den eine gleichmäßige Verteilung des Kühlluftstroms über
den elektrischen Energiespeicher 2 erfolgt, so dass einzelne
Wärmenester im Aufnahmeraum vermieden werden. Die 4a zeigt
die Draufsicht eines Deckels 7. Über einen seitlichen
Einlass des Zusatzluftkanals 8 erstreckt sich ein Kanalaufsatz 15a über
die Länge des Deckels, und über Öffnungen
zwischen Kanalaufsatz und Deckel wird der Kühlluftstrom
aufgefächert über dem elektrischen Energiespeicher 2.
Die Größe der Öffnungen wird aus strömungstechnischen
Gründen unterschiedlich gewählt, so dass der Kühlluftstrom über
die Länge des Kanalaufsatzes 15a gleichmäßig
aufgefächert wird. Bild 4b zeigt
eine Ansicht des Deckels 6 von unten, bei der der Deckel
so ausgestaltet ist, dass der Kanalaufsatz 15b in den Deckel
integriert ist. In dieser Ausführung sind beispielsweise
die Öffnungen für das Einströmen der
Kühlluft als Schlitze ausgelegt. Es kann aber auch ein
gelöcherter Kunststoffschlauch zum Einsatz kommen, wobei andere Ausführungen
hierbei nicht ausgeschlossen sind. Bild 4b zeigt
eine Ansicht des Deckels 6 von unten, bei der die Kühlluft
oberhalb des Deckels in einem mittleren zentralen Bereich eingeleitet
wird und über einen Luftverteiler 16 gleichmäßig
aufgefächert wird.
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- 1
- Aufnahmeraum
- 2
- Elektrischer
Energiespeicher
- 3
- Aufbewahrungsfach
- 4
- Verteilungsmittel
- 5,
6
- Verbindungsmittel
- 7
- Deckel
- 8
- Zusatzluftkanal
- 9
- Bauteil
- 10
- Temperatursensor
- 11
- Steuervorrichtung
- 12
- Klappe
- 13a,
13b
- Lüfter
- 14
- Regelungsvorrichtung
- 15a,
15b
- Kanalaufsatz
- 16
- Luftverteiler
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005049200
A1 [0003]
- - DE 102007017019 A1 [0004]
- - DE 4408960 C1 [0005]