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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen
mindestens einer Batterie und mindestens eines Teils eines Innenraums
in einem Fahrzeug.
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In
Hybrid- und Elektrofahrzeugen wird eine notwendige Kühlung
einer oder mehrerer Batterien oftmals durch aktive Kühlung
mit Luft durchgeführt, wobei die Luft zum Kühlen
entweder aus dem Innenraum eines Fahrzeugs und/oder aus der Außenluft entnommen
wird. Stammt die Luft zum Kühlen der Batterie aus dem Innenraum
des Fahrzeugs, so wird in der Regel eine eigene Klimaanlage mit
jeweils einem Gebläse und einem Verdampfer genutzt, um
die Temperatur und den Volumenstrom des Luftstroms zum Kühlen
der Batterie gezielt und unabhängig voneinander einzustellen.
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Insbesondere
bei höherklassigen Fahrzeugen existieren oftmals mehrere
Klimaanlagen. Z. B. dient eine im vorderen Fahrzeugbereich platzierte Klimaanlage
zur Kühlung des Frontbereiches, während eine zweite,
im Heckbereich des Fahrzeugs ausgebildete, Klimaanlage eine Klimatisierung
des Heckbereichs durchführt. Auch die Verwendung von mehr
als zwei Klimaanlagen, z. B. zur gezielten Kühlung aller
vorhandenen Fahrzeugsitze, ist vorstellbar.
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Es
ist daher möglich, z. B. eine der mehreren Klimaanlagen,
beispielsweise die Klimaanlage im Heckbereich zur Kühlung
der Batterie des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs zu verwenden.
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Die
DE 10 2005 049 200
A1 offenbart eine Batteriekühlvorrichtung zum
Kühlen einer Batterie zur Fahrzeugnutzung, die an einem
Fahrzeug angewendet ist, an dem eine Klimaanlage mit einer Kühleinrichtung
zum Kühlen von durch die Kühleinrichtung strömender
Luft montiert ist, mit einem Batteriekühlgebläse
zum Blasen von Ansaugluft zur Batterie und einer Modusschalteinrichtung,
die einen Modus aus einem Innenluftmodus, in dem die Ansaugluft
die Luft innerhalb eines Fahrzeugfahrgastraumes ist, einem Außenluftmodus,
in dem die Ansaugluft die Luft außerhalb eines Fahrzeugfahrgastraums
ist, und einen Kühlluftmodus, in dem die Ansaugluft die
durch die Kühleinrichtung der Klimaanlage gekühlte
Luft ist, schalten kann. Die offenbarte Erfindung umfasst dabei
zwei Gebläse, zum einen ein Batteriekühlgebläse,
welches zum Blasen von Ansaugluft zur Batterie dient, und zweitens
ein Klimagebläse, welches Luft von einem Innenraum des
Fahrzeugs ansaugt und über einen Verdampfapparat bzw. eine
Kühleinrichtung wieder in den Innenraum des Fahrzeugs ausbläst.
Die gezielte Einstellung der Temperatur und des Volumenstroms des
Luftstroms zur Kühlung der Batterie geschieht dabei über
die Einstellung einer Gebläsestärke des Batteriekühlgebläses,
eine Einstellung der Modusschalter, die das Mischverhältnis zwischen
Innenluft, Außenluft und Kühlluft steuern, und
eine Steuerung der Kühlwirkung des Verdampfers. Weiterhin
ist offenbart, dass neben dem Verdampfer zum Kühlen eine
Heizeinrichtung in der Klimaanlage angeordnet ist. Ein Nachteil
der offenbarten Erfindung ergibt sich aus der Verwendung von zwei
Gebläsen, die einen großen Bauraum der Batteriekühlvorrichtung
erfordern.
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Es
stellt sich daher das technische Problem, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Kühlung mindestens einer Batterie und mindestens
eines Teils eines Innenraums in einem Fahrzeug zu schaffen, welche
bei geringer Bauraumanforderung eine gezielte Einstellung einer
Temperatur und eines Volumenstroms eines Luftstroms zum Kühlen
der Batterie und eines Luftstroms zum Kühlen des Innenraums
zulässt.
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Die
Lösung des technischen Problems ergibt sich aus der Vorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und dem Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Hierbei
umfasst eine Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Batterie
und mindestens eines Teils eines Innenraums in einem Fahrzeug eine
erste Klimaanlage mit einem ersten Luftkanal und einer ersten Kühleinrichtung,
wobei ein erster Luftstrom in den ersten Luftkanal eingeblasen,
zumindest ein Teil des ersten Luftstroms durch eine erste Kühleinrichtung
gekühlt und der erste Luftstrom in den Innenraum ausgeblasen
wird, wobei ein Volumenstrom des ersten Luftstroms über
eine erste Drosselklappe gesteuert wird, und mindestens einen zweiten
Luftkanal, wobei ein zweiter Luftstrom in den zweiten Luftkanal
eingeblasen und zu mindestens einer Batterie ausgeblasen wird, wobei
ein Volumenstrom des zweiten Luftstroms über eine zweite
Drosselklappe gesteuert wird, wobei mindestens eine zweite Klimaanlage,
die mindestens einen Teil des zweiten Luftkanals umfasst, zumindest
einen Teil des zweiten Luftstroms durch eine zweite Kühleinrichtung
kühlt, wobei der erste Luftstrom von einem zentralen Gebläse angesaugt
und in den ersten Luftkanal eingeblasen wird und der zweite Luftstrom
von dem zentralen Gebläse angesaugt und in den zweiten
Luftkanal eingeblasen wird. Hierdurch wird es vorteilhaft ermöglicht, die
Kühlung der Batterie und die Kühlung des mindestens
einen Teils des Innenraums des Fahrzeugs mit nur einem zentralen
Gebläse zu ermöglichen. Hierdurch werden die Bauraumanforderungen
der Vorrichtung zur Kühlung reduziert. Es ist dabei vorstellbar,
dass die erste und die zweite Klimaanlage separate Einheiten eines
Klimageräts sind oder als zwei individuelle Klimageräte
ausgebildet sind. Die offenbarte Erfindung ermöglicht es
damit, ein herkömmliches zweizoniges Klimagerät
einzusetzen, das die von dem zentralen Gebläse angesaugte
Luft in den ersten und den zweiten Luftstrom aufteilt, die getrennt
voneinander durch die erste bzw. die zweite Kühleinrichtung
gekühlt werden Die erste Drosselklappe dient dabei zur
Steuerung des Volumenstroms des ersten Luftstroms und damit zur
Steuerung der Kühlung des Innenraums. Die zweite Drosselklappe
dient analog der Steuerung des Volumenstroms des zweiten Luftstroms
und damit der Steuerung der Kühlung der Batterie. Die Steuerung
einer Kühlwirkung der ersten bzw. zweiten Kühleinrichtung dient
zur Einstellung der Temperatur des ersten bzw. des zweiten Luftstroms
und damit ebenfalls der Steuerung der Kühlung des Innenraums
bzw. der Batterie. Auch die Steuerung einer Gebläsestärke
des zentralen Gebläses dient zur Steuerung der Kühlung
des Innenraums und der Batterie. Somit lässt sich auf beiden
Luftpfaden die Temperatur und der Volumenstrom des Luftstroms gezielt
und unabhängig voneinander einstellen.
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In
einer weiteren Ausführungsform saugt das zentrale Gebläse
den ersten und den zweiten Luftstrom aus dem Innenraum des Fahrzeugs
und/oder aus der Außenluft an. Hierdurch ergibt sich in
vorteilhafter Weise, dass die im Innenraum oder in der Außenluft
herrschende Temperatur der Luft zur Kühlung der Batterie
verwendet werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist in Stromrichtung
des zweiten Luftstroms die zweite Kühlvorrichtung vor der
zweiten Drosselkappe angeordnet.
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In
einer alternativen Ausführungsform umfasst zumindest ein
Teil des zweiten Luftkanals mindestens einen zweiten Kühlkanal
und mindestens einen zweiten Heizkanal, wobei der zweite Luftstrom
in mindestens einen zweiten Kühlluftstrom, der durch den
zweiten Kühlkanal strömt, und in mindestens in einen
zweiten Heizluftstrom, der durch den zweiten Heizkanal strömt,
aufgeteilt ist, und das zentrale Gebläse den zweiten Kühlluftstrom
in den zweiten Kühlkanal und den zweiten Heizluftstrom
in den zweiten Heizkanal einbläst oder der zweite Luftstrom
von einer aktiven oder passiven zweiten Luftteilvorrichtung in den
zweiten Kühlluftstrom und den zweiten Heizluftstrom aufgeteilt
wird. Hierdurch wird es in vorteilhafter Weise ermöglicht,
nur einen Teil des zweiten Luftstroms, nämlich den zweiten
Kühlluftstrom, mittels der zweiten Kühleinrichtung
zu kühlen. Die Aufteilung des zweiten Luftstroms in den
zweiten Kühlluftstrom und in den zweiten Heizluftstrom
kann dabei über einen baulich von einem zweiten Heizkanal
getrennten zweiten Kühlkanal erfolgen, in die das zentrale
Gebläse Luft einbläst. Optional ist es auch vorstellbar,
dass eine zweite Luftteilvorrichtung, die beispielsweise im zweiten
Luftkanal angeordnet ist, den zweiten Luftstrom in den zweiten Kühlluftstrom
und den zweiten Heizluftstrom aufteilt. Die Luftteilvorrichtung
kann dabei aktiv oder passiv ausgebildet sein.
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Eine
aktive Luftteilvorrichtung teilt den zweiten Luftstrom unter Verbrauch
von Energie in den zweiten Kühlluftstrom und den zweiten
Heizluftstrom auf, wobei eine passive Luftteilvorrichtung eine Aufteilung
ohne weiteren Energieverbrauch ermöglicht. Bei einer aktiven
Luftteilvorrichtung kann die Aufteilung des zweiten Luftstroms in
den zweiten Kühlluftstrom und den zweiten Heizluftstrom
aktiv beeinflusst werden, beispielsweise durch ein oder mehrere
steuerbare Ventile oder durch eine oder mehrere aktiv verstellbare
Klappen. Dies ermöglicht auch, ein Volumenstromverhältnis
zwischen Kühlluftstrom und Heizluftstrom einzustellen,
wodurch sich ein weiterer Freiheitsgrad bei der Steuerung der Kühlung
der Batterie ergibt. Es ist ebenfalls denkbar, die Luftteilvorrichtung
passiv auszubilden. Dies geschieht beispielsweise über
eine fest im zweiten Luftkanal Rohrabzweigung.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird der zweite Kühlkanal
und der zweite Heizkanal über eine aktive oder passive
zweite Luftmischvorrichtung zu dem zweiten Luftkanal zusammengefasst.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass keine weiteren
Drosselklappen als die zweite Drosselklappe z. B. für die
Steuerung des zweiten Kühlluftstroms und des zweiten Heizluftstroms
vorzusehen sind. Analog zur aktiven oder passiven Luftteilvorrichtung führt
eine aktive Luftmischvorrichtung eine Zusammenfassung des zweiten
Kühlluftstroms und des zweiten Heizluftstroms zu dem zweiten
Luftstrom unter Verbrauch von Energie durch. Es ist vorstellbar, dass
die zweite Luftmischvorrichtung bei aktiver Ausbildung eine aktiv
steuerbare Klappe, die auch als Temperaturklappe bezeichnet werden
kann, oder ein oder mehrere aktiv steuerbare Ventile umfasst.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist in Stromrichtung des
zweiten Luftstroms die zweite Kühleinrichtung vor der zweiten
Luftteilvorrichtung, die zweite Luftteilvorrichtung vor der zweiten
Luftmischeinrichtung und die zweite Luftmischeinrichtung vor der
zweiten Drosselklappe angeordnet. Vorzugsweise ist dabei die zweite
Luftteilvorrichtung als passive Luftteilvorrichtung und die zweite
Luftmischeinrichtung als aktive zweite Luftmischeinrichtung ausgebildet,
wobei auch vorstellbar ist, dass die zweite Luftteilvorrichtung
als aktive Luftteilvorrichtung und die zweite Luftmischeinrichtung
als passive Luftmischeinrichtung oder beide, die zweite Luftteilvorrichtung
und die zweite Luftmischeinrichtung, jeweils aktiv oder jeweils
passiv ausgebildet sind.
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In
einer alternativen Ausführungsform bläst das zentrale
Gebläse den zweiten Kühlluftstrom in den zweiten
Kühlkanal und den zweiten Heizluftstrom in den zweiten
Heizkanal ein und die zweite Luftmischvorrichtung ist in Stromrichtung
des zweiten Luftstroms vor der zweiten Drosselklappe angeordnet.
Vorzugsweise ist hierbei die zweite Luftmischvorrichtung als aktive
Luftmischvorrichtung ausgebildet.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Kühleinrichtung
im zweiten Luftkanal oder im zweiten Kühlkanal angeordnet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist eine zweite Heizeinrichtung
im zweiten Heizkanal angeordnet, die den zweiten Heizluftstrom heizt.
Hierdurch ergibt sich ein weiterer Freiheitsgrad bei der Steuerung
der Temperatur des zweiten Luftstroms und damit bei der Steuerung
der Kühlung der Batterie.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist im zweiten Luftkanal
und/oder im zweiten Heizkanal und/oder im zweiten Kühlkanal
mindestens ein Temperatursensor und/oder ein Volumenstromsensor
angeordnet. Die Verwendung von Temperatur- und/oder Volumenstromsensoren
bzw. die Auswertung der aktuellen Temperatur bzw. des aktuellen
Volumenstroms ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Regelung
der aktiven Elemente der zweiten Klimaanlage, insbesondere eine
Regelung der Gebläsestärke des zentralen Gebläses,
eine Regelung der Stellungen der zweiten Drosselklappe und eine
Regelung der Kühlwirkung der zweiten Kühleinrichtung. Bei
aktiver zweiter Luftteilvorrichtung oder aktiver zweiter Luftmischeinrichtung
kann eine Regelung der aktiven zweiten Luftteilvorrichtung bzw.
der aktiven zweiten Luftmischvorrichtung ebenfalls auf Basis der Temperaturdaten
des Temperatursensor bzw. der Volumenstromdaten des Volumenstromsensors
erfolgen.
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Bei
einem Verfahren zur Kühlung mindestens einer Batterie und
mindestens eines Teils eines Innenraums in einem Fahrzeug wird ein
erster Luftstrom in einen Luftkanal einer ersten Klimaanlage eingeblasen,
wobei zumindest ein Teil des ersten Luftstroms durch eine erste
Kühleinrichtung gekühlt und der erste Luftstrom
in den Innenraum des Fahrzeugs ausgeblasen wird, wobei ein Volumenstrom des
ersten Luftstroms über eine erste Drosselklappe gesteuert
wird, und ein zweiter Luftstrom in einen zweiten Luftkanal eingeblasen
und zu mindestens einer Batterie ausgeblasen wird, wobei ein Volumenstrom
des zweiten Luftstroms über eine zweite Drosselklappe gesteuert
wird, wobei eine zweite Kühleinrichtung einer zweiten Klimaanlage,
die mindestens einen Teil des zweiten Luftkanals umfasst, zumindest einen
Teil des zweiten Luftstroms kühlt, wobei der erste Luftstrom
von einem zentralen Gebläse angesaugt und in den ersten
Luftkanal eingeblasen wird und der zweite Luftstrom von dem zentralen
Gebläse angesaugt und in den zweiten Luftkanal eingeblasen wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird über eine
Steuerung einer Gebläsestärke des zentralen Gebläses
und/oder einer Kühlwirkung der zweiten Kühleinrichtung
und/oder einer Stellung der zweiten Drosselklappe eine gewünschte
Temperatur und/oder ein gewünschter Volumenstrom des zweiten
Luftstroms eingestellt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise,
dass die Temperatur und/oder der Volumenstrom des ersten und des
zweiten Luftstroms unabhängig voneinander gezielt eingestellt werden
können. Zur Einstellung der Temperatur und/oder des Volumenstroms
des zweiten Luftstroms existieren mehrere Freiheitsgrade. Erstens
die Steuerung der Gebläsestärke des zentralen
Gebläses, zweitens die Steuerung der Kühlwirkung
der zweiten Kühleinrichtung, drittens die Steuerung der
Stellung der zweiten Drosselklappe. Vorzugsweise werden alle Freiheitsgrade
genutzt, um eine gewünschte Temperatur und/oder einen gewünschten
Volumenstrom des zweiten Luftstroms einzustellen und damit eine
vorbestimmte Kühlwirkung der Batterie zu erreichen. Dabei
ist es vorstellbar, dass einer vorbestimmten Kühlwirkung
eine vorbestimmte Gebläsestärke, eine vorbestimmte
Kühlwirkung und eine vorbestimmte Stellung der zweiten
Drosselklappe zugeordnet ist, wobei eine solche Zuordnung beispielsweise
in Form einer Tabelle erfolgen kann. Ebenso ist es vorstellbar,
dass eine Regelung der Freiheitsgrade, also der Gebläsestärke,
der Kühlwirkung und der Stellung der zweiten Drosselklappe,
unter Einbeziehung von Temperatur und/oder Volumenstromsensoren
erfolgt, die die Temperatur bzw. den Volumenstrom des zweiten Luftstroms
messen. Hierbei werden die Daten des Temperatursensors und/oder
des Volumenstromsensors vorzugsweise an ein zentrales Steuergerät übermittelt,
welches vorzugsweise in ein Steuergerät der zweiten Klimaanlage
integriert ist. Das Steuergerät ermittelt aufgrund einer
gewünschten Kühlwirkung der Batterie einen gewünschten
Volumenstrom und/oder eine gewünschte Temperatur des zweiten
Luftstroms und ermittelt daraus eine Regelabweichung als Differenz
zwischen der gewünschten Temperatur und der gemessenen Temperatur
und/oder dem gewünschten Volumenstrom und dem gemessenen
Volumenstrom. Aus der Regelabweichung wird mit Hilfe eines Reglers,
der z. B. als PID-Regler ausgebildet ist, ein Stellsignal für beispielsweise
das zentrale Gebläse, die zweite Kühleinrichtung
und die zweite Drosselklappe erzeugt.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird der zweite Luftstrom
durch eine aktive oder passive zweite Luftteilvorrichtung zumindest
teilweise in einen zweiten Kühlluftstrom und einen zweiten
Heizluftstrom aufgeteilt, wobei über eine aktive Steuerung der
zweiten Luftteilvorrichtung oder über eine Bauform der
zweiten Luftteilvorrichtung eine gewünschte Temperatur
und/oder ein gewünschter Volumenstrom des zweiten Luftstroms
eingestellt wird. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise,
dass bei einer aktiven zweiten Luftteilvorrichtung ein weiterer
Freiheitsgrad zur Steuerung der Temperaturen und/oder des Volumenstroms
des zweiten Luftstroms zur Verfügung steht.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Luftstrom
zumindest teilweise in einen zweiten Kühlluftstrom und
in einen zweiten Heizluftstrom aufgeteilt und eine zweite Luftmischvorrichtung
fasst den zweiten und den zweiten Heizluftstrom zum zweiten Luftstrom
zusammen, wobei über eine aktive Steuerung der zweiten
Luftmischvorrichtung oder über eine Bauform der zweiten
Luftmischvorrichtung eine gewünschte Temperatur und/oder
ein gewünschter Volumenstrom des zweiten Luftstroms eingestellt
wird. Analog zur Integration einer aktiven zweiten Luftteilvorrichtung
ergibt sich mit einer zweiten aktiven Luftmischvorrichtung ein weiterer
Freiheitsgrad zur Steuerung einer gewünschten Temperatur
und/oder eines gewünschten Volumenstroms des zweiten Luftstroms.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird der Heizluftstrom über
eine zweite Heizvorrichtung geheizt, wobei über eine Steuerung
einer Heizwirkung der zweiten Heizvorrichtung eine gewünschte
Temperatur des zweiten Luftstroms eingestellt wird. Hierdurch ergibt
sich in vorteilhafter Weise, dass die Heizwirkung der zweiten Heizvorrichtung
als weiterer Freiheitsgrad zur Einstellung der gewünschten
Temperatur des zweiten Luftstroms verwendet werden kann. Hierdurch
ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, dass eine
Batterie nicht nur gekühlt, sondern auch beheizt wird,
z. B. wenn bei kalten Umgebungsbedingungen die gewünschte
Betriebstemperatur noch nicht erreicht ist. Allerdings sollte dann
ein wirksamer Schutz vor Kondensatbildung an oder um der Batterie
vorhanden sein.
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Die
Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 ein
schematisches Blockschaltbild eines herkömmlichen, vollständigen
zweizonigen Klimageräts,
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2 ein
schematisches Blockschaltbild eines vereinfachten zweizonigen Klimageräts
und
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3 ein
schematisches Blockschaltbild eines veränderten zweizonigen
Klimageräts.
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1 zeigt
ein zweizoniges Klimagerät 1, welches zur Kühlung
einer Batterie 2 und eines Innenraums 3 eines
nicht dargestellten Fahrzeugs dient. Selbstverständlich
ist es auch vorstellbar, dass das Klimagerät 1 mehrere
Batterien und/oder nur einen Teil des Innenraums des nicht dargestellten Fahrzeugs
kühlt, z. B. einen Heckbereich. Zur Kühlung der
Batterie 2 und des Innenraums 3 saugt ein zentrales
Gebläse 4 einen zentralen Luftstrom aus dem Innenraum 3 an
und bläst den zentralen Luftstrom als ersten Luftstrom
in einen oberen Teil 51' eines ersten Luftkanals 51 und
als einen zweiten Luftstrom in oberen Teil 52 eines zweiten
Luftkanals 52 ein. Dabei kann eine Gebläsestärke
des zentralen Gebläses 4 so eingestellt oder das
zentrale Gebläse 4 derart positioniert werden,
dass ein vorbestimmtes Luftstromvolumenverhältnis zwischen
dem ersten und dem zweiten Luftstrom erreicht wird. Alternativ oder
zusätzlich ist vorstellbar, dass beispielsweise die Einlassöffnungen
des ersten Luftkanals 51 und des zweiten Luftkanals 52 derart
angeordnet oder derart ausgebildet sind, dass ein vorbestimmtes
Luftstromvolumenverhältnis zwischen dem ersten und dem
zweiten Luftstrom erreicht wird.
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Im
oberen Teil 51' des ersten Luftkanals 51 ist ein
erstes Kühlgerät 61, welches beispielsweise als
Verdampfer ausgebildet ist, angeordnet. Das erste Kühlgerät 61 dient
dabei zum Kühlen des ersten Luftstroms. Dabei ist eine
Kühlwirkung des ersten Kühlgeräts 61 vorzugsweise
steuerbar, alternativ ist jedoch auch eine vorbestimmte, fest eingestellte Kühlwirkung
des ersten Kühlgeräts 61 vorstellbar.
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In
Stromrichtung des ersten Luftstrom hinter dem ersten Kühlgerät 61 ist
eine erste Luftteilvorrichtung 71 angeordnet. Die erste
Luftteilvorrichtung 71 teilt den ersten Luftstrom in einen
ersten Kühlluftstrom und in einen ersten Heizluftstrom.
Hierzu umfasst der erste Luftkanal 51 zumindest teilweise
einen ersten Kühlluftkanal 81, in dem der erste
Kühlluftstrom strömt, und einen ersten Heizluftkanal 91,
in dem der erste Heizluftstrom strömt. Die erste Luftteilvorrichtung 71 verbindet
dabei einerseits den oberen Teil 51' des ersten Luftkanals 51 mit
dem ersten Kühlluftkanal 81 und andererseits den
oberen Teil 51' des ersten Luftkanals 51 mit dem
ersten Heizluftkanal 91.
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In 1 ist
die erste Luftteilvorrichtung 71 als passive Luftteilvorrichtung
dargestellt, wobei eine passive Luftteilvorrichtung keine Energie
zur Teilung eines Luftstroms benötigt. So ist zum Beispiel
vorstellbar, dass der obere Teil 51' des ersten Luftkanals 51 und
der erste Kühlluftkanal 81 und der erste Heizluftkanal 91 als
Rohr ausgebildet sind und die erste Luftteilvorrichtung 71 zum
Beispiel als eine erste Rohrabzweigung ausgebildet ist. Die erste
Rohrabzweigung weist dabei eine erste Öffnung zum Anschluss
der ersten Rohrabzweigung an den oberen Teil 51' des ersten
Luftkanals 51, eine zweite Öffnung zum Anschluss
der ersten Rohrabzweigung an den ersten Kühlluftkanal 81 und
eine dritte Öffnung zum Anschluss der ersten Rohrabzweigung
an den ersten Heizluftkanal 91 auf. Die erste Rohrabzweigung
ist dabei vorzugsweise Y-förmig ausgebildet. Es ist jedoch
auch möglich, die erste Rohrabzweigung T-förmig
oder andersartig auszubilden. Weiterhin ist es möglich,
dass die zweite und die dritte Öffnung der ersten Rohrabzweigung
mit unterschiedlichen Größen ausgebildet sind,
um beispielsweise ein vorbestimmtes Luftstromvolumenverhältnis
zwischen dem ersten Kühlluftstrom und dem ersten Heizluftstrom
zu erreichen.
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Im
ersten Heizluftkanal ist eine erste Heizvorrichtung 101 angeordnet,
die den ersten Heizluftstrom heizt. Dabei ist eine Heizwirkung des
ersten Heizgeräts 101 vorzugsweise steuerbar,
alternativ ist jedoch auch eine vorbestimmte, fest eingestellte Heizwirkung
des ersten Heizgeräts vorstellbar. Das erste Heizgerät 101 kann
dabei beispielsweise als Heizungswärmetauscher oder als
Heizelement ausgebildet sein.
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In
Stromrichtung des ersten Luftstroms bzw. des ersten Heizluftstroms
nach der ersten Heizvorrichtung 101 ist eine erste Luftmischvorrichtung 111 angeordnet,
die den ersten Kühlluftstrom mit dem ersten Heizluftstrom
mischt.
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Analog
zur ersten Luftteilvorrichtung 71 ist vorstellbar, dass
die erste Luftmischvorrichtung 111 als eine zweite Rohrabzweigung
ausgebildet ist, wobei eine erste Öffnung zum Anschluss
der zweiten Rohrabzweigung an den ersten Kühlluftkanal 81, eine
zweite Öffnung zum Anschluss der zweiten Rohrabzweigung
an den ersten Heizluftkanal 91 und eine dritte Öffnung
zum Anschluss der zweiten Rohrabzweigung an einen unteren Teil 51'' des
ersten Luftkanals 51 dient. Die zweite Rohrabzweigung ist dabei
vorzugsweise Y-förmig ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich,
die zweite Rohrabzweigung T-förmig oder andersartig auszubilden.
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In 1 ist
die erste Luftmischvorrichtung 111 als aktive Luftmischvorrichtung
dargestellt. Dabei wird zum Beispiel die zweite Öffnung
der ersten Luftmischvorrichtung 111 von einer aktiv steuerbaren Klappe
verschlossen, wobei die aktiv steuerbare Klappe eine Steuerung des Öffnungsgrads
der zweiten Öffnung der ersten Luftmischvorrichtung 111 erlaubt.
Damit ist es möglich, den Volumenstrom des ersten Heizluftstroms
zu steuern. Alternativ ist auch vorstellbar, dass nur die erste Öffnung
der ersten Luftmischvorrichtung 111 von einer aktiv steuerbaren Klappe
verschlossen wird oder dass die erste und die zweite Öffnung
der ersten Luftmischvorrichtung jeweils von einer aktiv steuerbaren
Klappe verschlossen werden oder dass die erste und die zweite Öffnung
von einer gemeinsamen, aktiv steuerbaren Klappe verschlossen werden.
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Selbstverständlich
ist auch vorstellbar, die erste Luftmischvorrichtung 111,
analog zur ersten Luftteilvorrichtung 71, als passive Luftmischvorrichtung 111 auszubilden.
Ebenfalls ist es vorstellbar, die erste Luftteilvorrichtung 71,
analog zur ersten Luftmischvorrichtung 111, als aktive
Luftteilvorrichtung auszubilden.
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In
Stromrichtung des ersten Luftstroms nach der ersten Luftmischvorrichtung 111 ist
eine erste Drosselklappe 121 angeordnet, die den Volumenstrom
des ersten Luftstroms über einen Öffnungsgrad
der ersten Drosselklappe 121 steuert.
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In
Stromrichtung des ersten Luftstroms nach der ersten Drosselklappe 121 ist
ein erster Temperatursensor 131 angeordnet, der die Temperatur
des ersten Luftstroms misst.
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In
Stromrichtung des ersten Luftstroms nach dem ersten Temperatursensor 131 wird
der erste Luftstrom über einen oder mehrere Öffnungen
wieder in den Innenraum 3 ausgeblasen.
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Dabei
werden der erste Luftkanal 51, in diesem Fall der obere
Teil 51 und der untere Teil 51'' des ersten Luftkanals 51,
die erste Kühleinrichtung 61, die erste Luftteilvorrichtung 71,
der erste Kühlkanal 81, der erste Heizkanal 91,
die erste Heizvorrichtung 101, die erste Luftmischvorrichtung 111,
die erste Drosselklappe 121 und der erste Temperatursensor 131 auch
als Bestandteile einer ersten Klimanlage bezeichnet.
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Weiterhin
umfasst das erste Klimagerät 1 eine zweite Klimaanlage,
die analog zu ersten Klimaanlage aufgebaut ist. Die zweite Klimaanlage
umfasst dabei als Bestandteile einen zweiten Luftkanal 52 mit
einem oberen Teil 52' und einem unteren Teil 52'',
eine zweite Kühleinrichtung 62, eine zweite Luftteilvorrichtung 72,
einen zweiten Kühlkanal 82, einen zweiten Heizkanal 92,
eine zweite Heizvorrichtung 102, eine zweite Luftmischvorrichtung 112,
eine zweite Drosselklappe 122 und einen zweiten Temperatursensor 132.
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Der
Aufbau der zweiten Klimaanlage und die Ausbildung der einzelnen
Bestandteile der zweiten Klimaanlage ist dabei analog zum Aufbau
der ersten Klimaanlage und der Ausbildung der Bestandteile der ersten
Klimaanlage. Insoweit sind die Ausführungen zum ersten
Luftkanal 51 auch auf den zweiten Luftkanal 52,
die Ausführungen zur ersten Kühlvorrichtung 61 auch
auf die zweite Kühlvorrichtung 62, die Ausführungen
zur ersten Luftteilvorrichtung 71 auch auf die zweite Luftteilvorrichtung 72,
die Ausführungen zum ersten Kühlkanal 81 auch
auf den zweiten Kühlkanal 82, die Ausführungen
zum ersten Heizkanal 91 auch auf den zweiten Heizkanal 92,
die Ausführungen zur ersten Luftmischvorrichtung 111 auch
auf die zweite Luftmischvorrichtung 112, die Ausführungen zur
ersten Drosselklappe 121 auch auf die zweite Drosselklappe 122 und
die Ausführungen zum ersten Temperatursensor 131 auch
auf den zweiten Temperatursensor 132 übertragbar.
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In
Stromrichtung des zweiten Luftstroms nach dem zweiten Temperatursensor 131 wird
der zweite Luftstrom über einen oder mehrere Öffnungen zur
Batterie 2 und/oder zu einem Batteriegehäuse ausgeblasen.
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Mit
dem dargestellten ersten Klimagerät 1 ist es nun
möglich, durch eine Steuerung der steuerbaren Bestandteile
der ersten und der zweiten Klimaanlage und durch eine Steuerung
einer Gebläsestärke des zentralen Gebläses 4 erstens
eine gezielte Einstellung der Temperatur des ersten Luftstroms auf eine
erste vorbestimmte Temperatur und/oder eine gezielte Einstellung
des Volumenstroms des ersten Luftstroms auf einen ersten vorbestimmten
Volumenstrom und zweitens eine gezielte Einstellung der Temperatur
des zweiten Luftstroms auf eine zweite vorbestimmte Temperatur und/oder
eine gezielte Einstellung des Volumenstroms des zweiten Luftstroms auf
einen zweiten vorbestimmten Volumenstrom zu ermöglichen,
wobei die Einstellung der Temperatur des ersten und des zweiten
Luftstroms und/oder die Einstellung des Volumenstroms des ersten
und des zweiten Luftstroms unabhängig voneinander erfolgen kann.
Damit ist es möglich, eine gezielte Kühl- oder Heizwirkung
für den Innenraum 3 und, unabhängig davon,
eine gezielte Kühl- oder Heizwirkung für die Batterie 3 zu
erreichen.
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Steuerbare
Bestandteile der ersten Klimaanlage umfassen dabei die erste Kühlvorrichtung 61, die
erste Heizvorrichtung 101, die erste Drosselklappe 121,
die erste Luftteilvorrichtung 71, wenn diese aktiv steuerbar
ausgebildet ist, und die erste Luftmischvorrichtung 111,
wenn diese aktiv steuerbar ausgebildet ist.
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Die
Steuerung des Volumenstroms des ersten Luftstroms ergibt sich dabei
vorzugsweise aus einer Steuerung der Gebläsestärke
des zentralen Gebläses 4, der Steuerung der Stellung
der ersten Drosselklappe 121 und der Steuerung der ersten
Luftteilvorrichtung 71, wenn diese aktiv steuerbar ausgebildet
ist und der Steuerung der ersten Luftmischvorrichtung 111,
wenn diese aktiv steuerbar ausgebildet ist.
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Die
Steuerung der Temperatur des ersten Luftstroms erfolgt dabei vorzugsweise
mit Hilfe der Steuerung der Kühlwirkung der ersten Kühlvorrichtung 61 und
der Steuerung der Heizwirkung der ersten Heizvorrichtung 101 und
der Steuerung der ersten Luftteilvorrichtung 71, wenn diese
aktiv steuerbar ausgebildet ist, und der Steuerung der ersten Luftmischvorrichtung 111,
wenn diese aktiv steuerbar ausgebildet ist.
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Steuerbare
Bestandteile der zweiten Klimaanlage umfassen dabei die zweite Kühlvorrichtung 62,
die zweite Heizvorrichtung 102, die zweite Drosselklappe 122,
die zweite Luftteilvorrichtung 72, wenn diese aktiv steuerbar
ausgebildet ist, und die zweite Luftmischvorrichtung 112,
wenn diese aktiv steuerbar ausgebildet ist.
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Die
Steuerung des Volumenstroms des zweiten Luftstroms ergibt sich dabei
vorzugsweise aus einer Steuerung der Gebläsestärke
des zentralen Gebläses 4, der Steuerung der Stellung
der zweiten Drosselklappe 122 und der Steuerung der zweiten Luftteilvorrichtung 72,
wenn diese aktiv steuerbar ausgebildet ist, und der Steuerung der
zweiten Luftmischvorrichtung 112, wenn diese aktiv steuerbar ausgebildet
ist.
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Die
Steuerung der Temperatur des zweiten Luftstroms erfolgt dabei vorzugsweise
mit Hilfe der Steuerung der Kühlwirkung der zweiten Kühlvorrichtung 62 und
der Steuerung der Heizwirkung der zweiten Heizvorrichtung 102 und
der Steuerung der zweiten Luftteilvorrichtung 72, wenn
diese aktiv steuerbar ausgebildet ist, und der Steuerung der zweiten
Luftmischvorrichtung 112, wenn diese aktiv steuerbar ausgebildet
ist.
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Ist
beispielsweise der zweite vorbestimmte Volumenstrom größer
als der erste vorbestimmte Volumenstrom, so wird die zweite Drosselklappe
vollständig geöffnet und die Gebläsestärke
des zentralen Gebläses 4 entsprechend des zweiten
vorbestimmten Volumenstroms eingestellt. Der erste vorbestimmte
Volumenstrom wird dann durch Androsseln der ersten Drosselklappe
eingestellt.
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Die
Steuerung der steuerbaren Bestandteile der zweiten Klimaanlage erfolgt
dabei vorzugsweise getrennt von den steuerbaren Bestandteilen der
ersten Klimaanlage.
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Es
ist jedoch auch vorstellbar, eine gemeinsame Steuerung von einzelnen
oder allen Bestandteile der ersten und der zweiten Klimaanlage vorzunehmen,
beispielsweise eine gemeinsame Steuerung der Kühlwirkung
der ersten Kühlvorrichtung 61 und der zweiten
Kühlvorrichtung 62.
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Ebenfalls
ist es vorstellbar, abweichend von der Darstellung in 1,
dass ein oder mehrere Bestandteile der ersten und der zweiten Klimaanlage
als gemeinsames Bestandteil ausgebildet sind. So ist zum Beispiel
vorstellbar, eine gemeinsame Kühlvorrichtung auszubilden,
wobei die gemeinsame Kühlvorrichtung weiterhin den ersten
und den zweiten Luftstrom kühlt.
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Das
in 1 dargestellte Klimagerät 1 ermöglicht
es, die Batterie 2 auch mit warmer Luft zu versorgen. Damit
ist es z. B. möglich, diese zu heizen, beispielsweise wenn
eine gewünschte Betriebstemperatur der Batterie 2 noch
nicht erreicht ist. Hierzu ist allerdings auch ein wirksamer Schutz
vor Kondensatbildung notwendig.
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Beschränkt
sich die Anforderung an das Klimagerät auf eine ausschließliche
Kühlung der Batterie 2, so kann ein vereinfachter
Aufbau der zweiten Klimaanlage erfolgen. 2 zeigt
ein vereinfachtes Klimagerät 1'. Hierbei ist die
erste Klimaanlage wie die in 1 dargestellte
erste Klimaanlage aufgebaut. Die zweite Klimaanlage umfasst dabei
nur die Bestandteile zweite Kühlvorrichtung 62,
zweite Drosselklappe 122 und zweiter Temperatursensor 132. Dabei
ist in Stromrichtung des zweiten Luftstroms der zweite Temperatursensor 132 hinter
der zweiten Drosselklappe 122 und die zweite Drosselklappe
hinter der zweiten Kühlvorrichtung 62 angeordnet.
Der zweite Luftkanal 52 ist nicht in einen zweiten Kühlluftkanal 82 und
einen zweiten Heizluftkanal 92 aufgeteilt.
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Ist
mit dem in 2 dargestellten Klimagerät 1' aufgrund
eines zu geringen maximalen Luftvolumenstroms des zweiten Luftstroms
keine ausreichende und/oder homogene Kühlung der Batterie oder
mehrerer Batteriezellen möglich, so kann ein in 3 dargestelltes
verändertes Klimagerät 1'' verwendet
werden. Hierbei wird der zentrale Luftstrom vom zentralen Gebläse 4 angesaugt
und gleichzeitig in den zweiten Kühlkanal 82 und
den zweiten Heizkanal 92 eingeblasen. Es existiert also,
im Vergleich zum in 1 dargestellten Klimagerät 1,
kein oberer Teil 52 des zweiten Luftkanals. Weiterhin ist
die zweite Kühleinrichtung 62 im zweiten Kühlkanal 82 angeordnet.
Weiterhin ist im zweiten Heizkanal 92 keine zweite Heizvorrichtung 102 angeordnet.
Die Luftmischvorrichtung 112 mischt dann den zweiten Kühlluftstrom
und den zweiten Heizluftstrom zum zweiten Luftstrom. Die durch den
zweiten Heizkanal 92 erreichte Luftstromumgehung der zweiten
Kühlvorrichtung 62 erlaubt eine im Vergleich mit
dem in 2 dargestellten Klimagerät 1' gleiche
Kühlwirkung für die Batterie 3 zu erreichen,
wobei der zweite Luftstrom zwar eine höhere Temperatur
jedoch auch einen höhereren Volumenstrom aufweist. Dabei
erhöht sich der Energieverbrauch der zweiten Klimaanlage bzw.
des veränderten Klimageräts 1'' nicht
oder nur gering im Vergleich zu dem in 2 dargestellten
Klimagerät 1'.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005049200
A1 [0005]