DE102009043316A1

DE102009043316A1 - Verfahren zur Steuerung der Innenraumtemperatur eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs und Klimaanlagensystem

Info

Publication number: DE102009043316A1
Application number: DE102009043316A
Authority: DE
Inventors: Roland Haussmann
Original assignee: Valeo Klimasysteme GmbH
Current assignee: Valeo Klimasysteme GmbH
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-03-31
Also published as: CN102120412A; EP2301777B1; US20110139397A1; CN102120412B; EP2301777A1; JP2011068348A

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung der Innenraumtemperatur eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, das eine Batterie (26) aufweist, umfasst folgende Schritte: Vorsehen eines Klimaanlagensystems (10) mit einem Kältemittelkreislauf (14), thermische Koppelung des Kältemittelkreislaufs (14) mit der Batterie (26), derart, dass die Batterie (26) einen Wärmespeicher des Kältemittelkreislaufs (14) bildet, und wahlweise Kühlen oder Aufheizen der Batterie (26), während die Batterie (26) an eine elektrische Ladestation zum Aufladen der Batterie (26) angekoppelt ist. Das entsprechend arbeitende Klimaanlagensystem (10) sieht vor, dass die Fahrzeugbatterie (26) direkt oder indirekt an den Kältemittelkreislauf (14) thermisch derart gekoppelt ist, dass der Kältemittelkreislauf (14) wahlweise die Batterie (26) kühlt als auch aufheizt und wahlweise Wärme der Batterie (26) in den Kältemittelkreislauf (14) eingespeist werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Innenraumtemperatur eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, das eine Batterie aufweist, sowie ein Klimaanlagensystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug.
Es sind Klimaanlagen (sogenannte HVAC-Anlagen) für Fahrzeuge bekannt, die die Luft in einem Fahrzeuginnenraum heizen oder kühlen. Bei Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor kann die Klimaanlage die Luft über die Abwärme des Verbrennungsmotors heizen. Der Energiebedarf für die Kühlung des Fahrzeuginnenraums ist vergleichsweise gering gegenüber der in einer Tankfüllung mitgeführten Energiemenge. Bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen mit einer Batterie hingegen ist die in einer Batterieladung mitgeführte Energiemenge deutlich geringer. Eine Klimaanlage mit herkömmlichem Energiebedarf reduziert somit bei ihrem Betrieb die Reichweite des Fahrzeugs mit nur einer Batterieladung insbesondere dadurch deutlich, dass der Elektromotor im Wesentlichen keine bzw. nur geringe Abwärme abgibt, die entsprechend nicht zum Heizen des Fahrzeuginnenraums genutzt werden kann. Ferner ist das Kühlen des Innenraums im Sommer extrem energieintensiv.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung der Innenraumtemperatur eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, das eine Batterie aufweist, sowie ein Klimaanlagensystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug zu schaffen, die eine Steuerung der Innenraumtemperatur über die Klimaanlage mit geringem zusätzlichen Energiebedarf während des Betriebs des Fahrzeugs ermöglicht. Somit soll die Reichweite des elektrisch betriebenen Fahrzeugs durch die Klimaanlagenbetätigung so wenig wie möglich reduziert werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Steuerung der Innenraumtemperatur eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, das eine Batterie aufweist, gelöst, welches die folgenden Schritte aufweist: Vorsehen eines Klimaanlagensystems mit einem Kältemittelkreislauf; thermische Koppelung des Kältemittelkreislaufs mit der Batterie derart, dass die Batterie einen Wärmespeicher des Kältemittelkreislaufs bildet; und wahlweises Kühlen oder Aufheizen der Batterie, während die Batterie an eine elektrische Ladestation zum Aufladen der Batterie angekoppelt ist. Auf diese Weise dient die Batterie neben ihrer Funktion als Speicher für elektrische Energie auch als Speicher für thermische Energie, die für den Betrieb der Klimaanlage genutzt werden kann. Es wird weder zusätzlicher Bauraum noch zusätzliches Gewicht für den Wärmespeicher benötigt.
Vorzugsweise erfolgt das Kühlen oder Aufheizen während des Aufladens der Batterie am stationären Stromnetz.
Beispielsweise ist der Wärmespeicher an den Kältemittelkreislauf ankoppelbar und von ihm thermisch abkoppelbar. Der Wärmespeicher kann so nach dem Aufheizen oder Abkühlen von dem Kältemittelkreislauf abgekoppelt werden, um ihn sozusagen zu isolieren und erst auf Bedarf zuzuschalten.
Es ist möglich, dass die Temperatur der Batterie beim Laden wahlweise in einem Kühlungsmodus auf einen vorgegebenen Minimalwert gesenkt oder in einem Batterieheizungsmodus auf einen vorgegebenen Maximalwert erwärmt wird.
Vorzugsweise entspricht der vorgegebene Maximalwert der maximalen Betriebstemperatur der Batterie, und/oder der Minimalwert entspricht der vorgegebenen minimalen Betriebstemperatur der Batterie. Auf diese Weise wird die Kapazität des Wärmespeichers maximiert, während die Funktion der Batterie als elektrischer Speicher und seine Lebensdauer nicht beeinträchtigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Verfahrensvariante wird beim Heizen des Innenraums in der Batterie gespeicherte thermische Energie dem Kältemittelkreislauf zugeführt. Dies reduziert die benötigte elektrische Energie zum Heizen des Innenraums.
Vorzugsweise wird die thermische Energie der Abluft eines Fahrzeuginnenraums und/oder die Energie einer zu kühlenden elektrischen Fahrzeugkomponente, insbesondere eines Wechselrichters und/oder des elektrischen Antriebs des Fahrzeugs, dem Kältemittelkreislauf zugeführt. Der Kältemittelkreislauf funktioniert auf diese Weise als Wärmepumpe, wobei insbesondere zu kühlende elektrische Fahrzeugkomponenten gekühlt und gleichzeitig der Fahrzeuginnenraum geheizt wird, wodurch die benötigte elektrische Energie optimal genutzt werden kann.
Es ist möglich, dass die Batterie direkt über den Kältemittelkreislauf und einen in den Kältemittelkreislauf eingebundenen Wärmetauscher erwärmt oder abgekühlt wird.
Im Kältemittelkreislauf kann im Bereich der Batterie ein Kühler, insbesondere ein Verdampfer, vorhanden sein, über den die Batterie gekühlt wird. Der Kühler lässt sich optional mit dem Wärmetauscher koppeln oder in ihn integrieren.
Beim Kühlen der Batterie während des Ladevorgangs wird beispielsweise über ein zuschaltbares Expansionsventil im Bereich der Batterie das Kältemittel expandiert, um danach Wärme von der Batterie aufzunehmen. Dies ermöglicht eine gute Kühlung der Batterie direkt über den Kältemittelkreislauf.
Im Kältemittelkreislauf kann im Bereich der Batterie eine Heizeinrichtung, insbesondere ein Verflüssiger, vorhanden sein, über den die Batterie erwärmt wird.
Gemäß einer bevorzugten Verfahrensvariante wird der Kältemittelkreislauf während der Ankopplung an die Ladestation als Heißgaskreislauf genutzt, um die Batterie über den Heißgaskreislauf aufzuheizen.
Es ist möglich, dass die Wahl von Kühlung oder Heizung der Batterie während der Ankopplung an die Ladestation manuell, insbesondere zu Beginn des elektrischen Ladevorgangs, erfolgt. Der Fahrer des Fahrzeugs kann auf diese Weise beispielsweise abhängig von der nächsten geplanten Benutzung des Fahrzeugs den von der Batterie unterstützten Betriebsmodus des Klimaanlagensystems wählen (Heizen/Kühlen).
Alternativ erfolgt die Wahl von Kühlungsmodus oder Heizungsmodus automatisch aufgrund der Außentemperatur oder der Jahreszeit.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante ist ein mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelter Fluidkreislauf vorgesehen, in dem die Batterie und mindestens eine Wärmequelle, insbesondere ein Abluft-Wärmetauscher oder ein Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher einer zu kühlenden Fahrzeugkomponente, angeordnet sind, wobei dem Fluidkreislauf beim Heizen der Batterie vom Kältemittelkreislauf Wärme zugeführt wird und bei Betrieb des Fahrzeugs thermische Energie an den Kältemittelkreislauf abgegeben wird und/oder beim Kühlen der Batterie thermische Energie entzogen und bei Betrieb des Fahrzeugs thermische Energie der Wärmequelle von der Batterie aufgenommen wird. Dies ermöglicht beispielsweise eine Kombination des Klimaanlagensystems mit verschiedenen Vorrichtungen, die in dem separaten Fluidkreislauf angeordnet sein können und die gekühlt werden müssen. Die Kühlung übernimmt dabei die kalte Batterie.
Vorzugsweise wird der Kältemittelkreislauf so betrieben, dass keine Temperaturen des Kühlmittels unter 0°C auftreten. Auf diese Weise wird eine Bildung von gefrorenem Wasser an den verschiedenen Komponenten des Klimaanlagensystems verhindert.
Die Aufgabe der Erfindung wird darüber hinaus durch ein Klimaanlagensystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug gelöst, mit einem Kältemittelkreislauf, der einen Kompressor, einen Kühler, insbesondere in Form eines Verdampfers, und eine Heizeinrichtung, insbesondere in Form eines Verflüssigers, aufweist, wobei die Fahrzeugbatterie über einen ihr zugeordneten Wärmetauscher direkt oder indirekt an den Kältemittelkreislauf thermisch derart gekoppelt ist, dass der Kältemittelkreislauf wahlweise die Batterie kühlt als auch aufheizt und wahlweise die Wärme der Batterie in den Kältemittelkreislauf eingespeist werden kann. Ein solches Klimaanlagensystem ermöglicht auf einfache Weise die Anwendung eines oben beschriebenen Verfahrens zur Steuerung der Innenraumtemperatur eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Die Batterie erfüllt neben ihrer Funktion als elektrischer Speicher auch die Funktion eines Wärmespeichers. Je nach Bedarf kann dabei Wärme oder „Kälte” gespeichert werden, die ein späteres Heizen bzw. Kühlen des Fahrzeuginnenraums oder von elektrischen Komponenten beim Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht, wodurch sich die Reichweite des elektrisch betriebenen Fahrzeugs bei Betrieb der Klimaanlage im Wesentlichen nicht verkürzt.
Vorzugsweise ist im Kältemittelkreislauf ein schaltbarer Wärmetauscher vorgesehen, der über ein Expansionsventil als Verdampfer oder über eine Bypassleitung als Verflüssiger betrieben werden kann, um die direkt oder indirekt gekoppelte Batterie zu kühlen bzw. zu heizen. Auf diese Weise benötigen die Komponenten zur Heizung bzw. Kühlung der Batterie nur geringen Bauraum und Gewicht.
Es ist möglich, dass ein Abluft-Wärmetauscher vorgesehen ist, der mit einer Abluftleitung eines Fahrzeuginnenraums verbunden ist, zur Aufnahme von thermischer Energie der Abluft. Die thermische Energie der Abluft kann somit analog zu einer Wärmepumpe aufgenommen und zur Heizung des Fahrzeuginnenraums verwendet werden.
Es ist auch möglich, dass ein Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher vorgesehen ist, der mit einer elektrischen Fahrzeugkomponente, insbesondere einem Wechselrichter oder einem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs, verbunden ist, zur Aufnahme von thermischer Energie der Fahrzeugkomponente. Auch dies ermöglicht einen Betrieb des Kältemittelkreislaufs als Wärmepumpe, wobei die Wärme der zu kühlenden Fahrzeugkomponenten dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird.
Generell kann die Batterie die Wärme von Komponenten auch zwischenspeichern und später an den Innenraum abgeben.
Mindestens zwei, insbesondere alle, Wärmetauscher können zur Aufnahme von thermischer Energie und zur Abgabe der Energie an den Kältemittelkreislauf parallel geschaltet sein. Dies ermöglicht eine individuelle Ansteuerung der verschiedenen Wärmetauscher zur Aufnahme von thermischer Energie.
Es ist auch denkbar, dass mindestens zwei Wärmetauscher zur Aufnahme von thermischer Energie und zur Abgabe der Energie an den Kältemittelkreislauf in Reihe geschaltet sind, wobei die Wärmetauscher der am stärksten zu kühlenden Bauteile, d. h. die Bauteile mit der geringsten Betriebstemperatur an vorderer Stelle der Reihenschaltung angeordnet sind. Ein solches Klimaanlagensystem weist eine geringere Komplexität auf, wodurch die Steuerung des Klimaanlagensystems vereinfacht und das Klimaanlagensystem kostengünstiger wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein an den Kältemittelkreislauf gekoppelter Fluidkreislauf vorgesehen, welcher eine Fluidpumpe, den Batterie-Wärmetauscher und mindestens einen weiteren Wärmetauscher, insbesondere einen Abluft-Wärmetauscher oder einen Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher einer zu kühlenden Fahrzeugkomponente, aufweist. Dies ermöglicht wahlweise auch eine unabhängige Funktion der beiden Kreisläufe, wodurch die thermische Energie der Batterie sehr lange gehalten werden kann. Ferner kann die vorgekühlte Batterie unabhängig vom Kältemittelkreislauf zu kühlende elektrische Fahrzeugkomponenten kühlen.
Der Fluidkreislauf ist vorzugsweise über einen schaltbaren Wärmetauscher an den Kältemittelkreislauf gekoppelt. Auf diese Weise kann der Kältemittelkreislauf über den schaltbaren Wärmetauscher sowohl geheizt als auch gekühlt werden.
Es ist möglich, dass in den Kreisläufen verschiedene Kühlmittel vorgesehen sind, wobei im Kältemittelkreislauf vorzugsweise ein seine Phasenzustände im Kreislauf änderndes Kühlmittel, insbesondere R134a, HFO1234yf oder R744, und im Fluidkreislauf vorzugsweise eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder Glykol oder ein Wasser/Glykol-Gemisch, eingesetzt wird. Dies ermöglicht die Verwendung von verschiedenen Wärmetauschern in den jeweiligen Kreisläufen.
Eine in den Kältemittelkreislauf wahlweise zuschaltbare Kühlvorrichtung kann optional vorgesehen sein. Durch die Kühlvorrichtung kann das Kühlmittel im Kältemittelkreislauf beispielsweise verflüssigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine in den Kältemittelkreislauf eingebundene Klimatisierungseinheit vorgesehen, in der der Verflüssiger und ein eigener Verdampfer sitzen. Eine solche Klimatisierungseinheit ist eine übliche HVAC-Box, die in den Kältemittelkreislauf eingebunden ist und einen Verflüssiger und einen zuschaltbaren Verdampfer aufweist, über die die Luft zum Innenraum erwärmt bzw. gekühlt strömt.
Vorzugsweise ist der Verflüssiger fest im Kältemittelkreislauf angeordnet, und die Klimatisierungseinheit kann eine thermische Verbindung des Verflüssigers mit dem Fahrzeuginnenraum wahlweise herstellen oder unterbrechen. Ein solches Klimaanlagensystem ist einfacher und günstiger herzustellen als ein Klimaanlagensystem mit einer komplexen Schaltung des Kältemittelkreislaufs zur wahlweisen Zuschaltung des Verflüssigers.
Es kann ein interner Wärmetauscher im Kältemittelkreislauf vorgesehen sein. Ein solcher interner Wärmetauscher ermöglicht eine Kühlung des komprimierten Kühlmittels mit dem rückfließenden expandierten Kühlmittel.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren:
1 ein erfindungsgemäßes Klimaanlagensystem beim Laden und Aufheizen der Batterie;
2 das Klimaanlagensystem gemäß 1 beim Heizen des Fahrzeuginnenraums während des Betriebs des Fahrzeugs;
3 das Klimaanlagensystem gemäß 1 beim Kühlen des Fahrzeuginnenraums und/oder der Batterie;
4a bis c verschiedene Konfigurationen der Wärmetauscher in Parallel- und Reihenschaltung;
5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimaanlagensystems beim Laden und Aufheizen der Batterie;
6 das Klimaanlagensystem gemäß 5 beim Heizen des Fahrzeuginnenraums bei Betrieb des Fahrzeugs;
7 das Klimaanlagensystem gemäß 5 beim Laden und Kühlen der Batterie; und
8 das Klimaanlagensystem gemäß 5 beim Kühlen des Fahrzeuginnenraums beim Betrieb des Fahrzeugs.
In den 1 bis 3 ist eine erste Ausführungsform eines Klimaanlagensystems 10 für ein batteriebetriebenes, und zwar für ein rein batteriebetriebenes Fahrzeug dargestellt. Dabei werden verschiedene Schaltungszustände im Folgenden erläutert. Eine zentrale Klimatisierungseinheit (HVAC-Einheit) 12 bildet das Kernstück der Klimaanlage. Eine solche HVAC-Einheit ist bereits jetzt im Fahrzeug eingebaut und dient zum Heizen und Kühlen des Fahrzeuginnenraums. Diese Einheit 12 ist in einen Kältemittelkreislauf 14 integriert.
Die Einheit 12 umfasst neben einem Ventilator 13 auch nicht gezeigte Luftkanäle und -klappen, um Luftströme durch die Einheit hindurch zum Fahrzeuginnenraum wahlweise zu lenken und dadurch die Lufttemperatur und Luftmenge zu steuern.
Die Durchflussrichtung des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf ist durch Pfeile markiert.
Der Kältemittelkreislauf 14 wird mit einem Kühlmittel, beispielsweise R134a, R744 (CO₂) oder HFO123yf betrieben, welches im Kreislauf seine Phasenzustände ändert und dabei viel thermische Energie transportieren, aufnehmen und abgeben kann.
Von einem Kompressor 16 zur Komprimierung des Kühlmittels strömt dieses durch einen Verflüssiger 18 in der Klimatisierungseinheit 12. Der Verflüssiger 18 ist im Kältemittelkreislauf 14 und der Klimatisierungseinheit 12 so eingebunden, dass Luft am Verflüssiger 18 entlang geführt, dort erwärmt und in den Fahrzeuginnenraum gefördert werden kann, wenn dies vom Insassen gewünscht ist.
Alternativ kann aber im Kältemittelkreislauf 14 eine Bypassleitung zur Umgehung des Verflüssigers 18 vorgesehen sein, die jedoch nicht dargestellt ist. In der Klimatisierungseinheit 12 lässt sich der Verflüssiger 18 aber auch thermisch vom Fahrzeuginnenraum entkoppeln, das heißt, der Innenraum wird nicht geheizt. In den 3, 7 und 8 ist dies der Fall. Hier ist die Einheit 12 so geschaltet, dass keine erwärmte Luft in den Fahrzeuginnenraum geblasen wird.
Stromabwärts des Verflüssigers 18 (der durchgezogenen Linie folgend) zweigt sich der Kältemittelkreislauf 14 in mehrere parallele Einzelzweige auf, die jeweils über ein vorgeschaltetes Magnetventil 20 wahlweise zugeschaltet werden können. Der erste dieser parallel geschalteten Zweige umfasst einen Verdampfer 22, der ebenfalls in der Klimatisierungseinheit 12 liegt. Diesem Verdampfer 22 vorgeschaltet ist ein Expansionsventil 24, in dem Kühlmittel expandiert wird, sodass sich das Kühlmittel im Verdampfer 22 abkühlt und durch die Klimatisierungseinheit 12 geförderte Luft ebenfalls abkühlt wird. Dieser Schaltzustand ist in 3 dargestellt.
Zum ersten Zweig sind drei weitere Zweige parallel geschaltet, wiederum der erste hiervon umfasst eine Batterie 26 mit integriertem Wärmetauscher 28. Die Batterie dient als Stromquelle für das Elektrofahrzeug. Dem Wärmetauscher 28 vorgeschaltet ist ein zuschaltbares Expansionsventil 24 als eine Art Verdampfer, wobei der Verdampfer auch durch den Wärmetauscher 28 mit gebildet sein kann.
Die Expansionsventile 24 arbeiten optional temperaturgesteuert, indem mit ihnen ein dem Verdampfer 22 bzw. dem als Verdampfer arbeitenden Wärmetauschern 28, 32, 34 nachgeschalteter Temperatursensor 29 gekoppelt ist (siehe punktierte Linien).
Eine Bypassleitung 30 für das zugeordnete Expansionsventil 24 ist über ein weiteres Magnetventil 31 zuschaltbar. Wenn die Bypassleitung 30 durchströmt und das Expansionsventil 24 vom Kreislauf entkoppelt wird, kann der Wärmetauscher 28 auch als Verflüssiger betrieben werden, um die mit ihm direkt gekoppelte Batterie 26 zu heizen und nicht mehr zu kühlen.
Die gezeigte Ausführungsform mit der Bypassleitung 30 mit zugeordnetem Magnetventil 31 ist eine bevorzugte Ausführungsform. Es sind auch erfindungsgemäße Klimaanlagensysteme 10 möglich ohne Magnetventil 31.
Parallel zu den beiden bislang erläuterten Zweigen gibt es noch zumindest zwei weitere Zweige, einer davon ist mit einem sogenannten Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher 32 versehen und ein anderer mit einem sogenannten Abluft-Wärmetauscher 34.
Die Batterie 26 ist mit dem Kältemittelkreislauf thermisch so gekoppelt, dass sie einen Wärmespeicher innerhalb des Kältemittelkreislaufs 14 bildet, wobei „Wärmespeicher” auch den unphysikalischen Begriff „Kältespeicher” umfassen soll.
Auch stromaufwärts der Wärmetauscher 32, 34 kann und sollte ein Expansionsventil 24 vorgesehen sein.
Der Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher 32 ist einer zu kühlenden elektrischen Fahrzeugkomponente, beispielsweise einem Wechselrichter und/oder einem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs, zugeordnet und dient zur Kühlung der jeweiligen Fahrzeugkomponente. Das Kühlmittel nimmt dabei über den Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher 32 thermische Energie der Fahrzeugkomponente auf.
Der Abluft-Wärmetauscher 34 ist in einer Abluftleitung des Fahrzeuginnenraums vorgesehen und dient zur Aufnahme von thermischer Energie der Abluft. Auf diese Weise kann auch die thermische Energie der Abluft, die durch das Klimaanlagensystem und die abgegebene Wärme von Fahrzeuginsassen erwärmt ist, durch den Abluft-Wärmetauscher 34 aufgenommen werden und dem Kreislauf 14 zurückgeführt werden.
Eine Rückführleitung des Kältemittelkreislaufs 14 führt das expandierte Kühlmittel zurück zum Kompressor 16.
Stromabwärts des Verflüssigers 18 der Klimatisierungseinheit 12 ist ein Mehrwegeventil 36 vorgesehen, über welches der Kühlmittelstrom zu einer wahlweise zuschaltbaren Kühlvorrichtung 38, beispielsweise einem Frontkühler am Fahrzeug, und einem internen Wärmetauscher 39 umgeleitet wird. Der interne Wärmetauscher 39 koppelt die Leitung, die die Kühlvorrichtung 38 enthält, mit der zum Kompressor 16 führenden Leitung.
In den 1 und 2 ist das Mehrwegeventil 36 so geschaltet, dass der Kühlmittelfluss nicht durch die zuschaltbare Kühlvorrichtung 38 und den internen Wärmetauscher 39 fließt.
In 3 ist das Mehrwegeventil 36 jedoch in einer Ventilstellung, in der die Kühlvorrichtung 38 und der interne Wärmetauscher 39 zugeschaltet sind.
Die zuschaltbare Kühlvorrichtung 38 ist eine Kühlvorrichtung für ein Kältemittel, welche vorzugsweise als ein Verflüssiger ausgebildet ist, der außerhalb der Klimatisierungseinheit 12 angeordnet ist, im Gegensatz zu dem Verflüssiger 18 innerhalb der Klimatisierungseinheit.
Im Folgenden wird das Verfahren erläutert, mit dem das zuvor vorgestellte Klimaanlagensystem arbeitet und mit dem es die Innenraumtemperatur des elektrisch betriebenen Fahrzeugs steuert oder sogar regelt.
1 zeigt dabei den Aufheizvorgang der Batterie 26, der bei Stillstand des Fahrzeugs und bei an die elektrische Ladestation angekoppeltem Fahrzeug auftritt. In diesem Zustand kann die Batterie 26, wie bereits erläutert, sowohl aufgeheizt als auch gekühlt werden.
Beim Aufheizen, gemäß 1, ist der Kompressor 16 aktiviert, sodass der Kältemittelkreislauf 14 sozusagen über die Ladestation in Gang gesetzt wird. Der Kältemittelkreislauf 14 wird also nicht nur zum Heizen und Kühlen des Fahrzeuginnenraums während des Fahrbetriebs, sondern auch zum Heizen und Kühlen der Batterie bei an die Ladestation angekoppeltem Fahrzeug genutzt.
Das Aufheizen der Batterie zur Schaffung eines Wärmespeichers erfolgt vorzugsweise zeitlich parallel zum Aufladen der Batterie 26 selbst.
Es ist aber auch möglich und unter Umständen sogar vorteilhaft, die Batterie 26 vor oder nach dem elektrischen Ladevorgang oder zusätzlich vor oder nach dem Laden weiter aufzuheizen. Auch kann die Batterie 26 zuerst vollständig elektrisch geladen werden, bevor eine Aufheizung oder ein Abkühlen der Batterie 26 erfolgt, beispielsweise um einen möglichst schnellen Ladevorgang der Batterie 26 zu erzielen. Bei niedrigen Außentemperaturen kann die Batterie auch zuerst auf eine für den Ladevorgang optimale Temperatur gebracht werden, anschließend wird geladen und schließlich kann die Batterie auf Maximaltemperatur gebracht werden.
Der Kältemittelkreislauf 14 wird gemäß 1 als Heißgaskreislauf genutzt.
Das Ventil 36 ist dabei so geschaltet, dass komprimierte Kühlluft nicht über die Kühlvorrichtung 38 strömt. Ferner sind der Verdampfer 22 und die Wärmetauscher 32, 34 nicht zugeschaltet. Falls jedoch die elektrische Komponente, die dem Wärmetauscher 32 zugeordnet ist, oder der Fahrzeuginnenraum, der dem Wärmetauscher 34 zugeordnet ist, noch vom Fahrbetrieb warm sein sollten, können natürlich die Ventile entsprechend geschaltet werden, sodass diese Abwärme für den Kältemittelkreislauf 14 genutzt wird.
Das komprimierte Kühlmittel wird stromabwärts des Kompressors 16 ferner nicht über das Expansionsventil 34, sondern über die Bypassleitung 30 in den Wärmetauscher 28 der Batterie 26 geleitet, wodurch das heiße Kühlmittel die Batterie 26 aufheizt. Ein Magnetventil 31 in der Bypassleitung 30 weist eine Drosselfunktion auf, um den Heißgasstrom zur Batterie 26 zu steuern oder zu regeln.
Beim Aufheizen wird die Energie des Kältemittels, die im Verflüssiger 18 bereits zur Verfügung steht, nicht über zuströmende Luft abgeleitet, denn der Ventilator 13 ist nicht in Betrieb.
Im Übrigen sind in den Figuren diejenigen Leitungen, die im jeweiligen Zustand nicht flüssigkeitsdurchströmt sind, mit unterbrochenen Linien dargestellt.
Die Batterie 26 wird so lange aufgeheizt, bis die Temperatur der Batterie 26 einen vorgegebenen Maximalwert erreicht, der der maximalen Betriebstemperatur der Batterie 26 entspricht. Dieser Maximalwert liegt je nach Batterietyp beispielsweise zwischen 40°C und 60°C.
Es ist auch möglich, dass während des Ladevorgangs der Batterie 26 auch der Fahrzeuginnenraum durch die Klimatisierungseinheit 12 geheizt wird.
2 zeigt das Klimaanlagensystem 10 in einem Heizungsmodus während des Betriebs des Fahrzeugs.
Das komprimierte Kühlmittel wird im Verflüssiger 18 verflüssigt und gibt Wärme an die durch die Klimatisierungseinheit 12 geleitete Luft ab. Der Ventilator 13 ist aktiviert. Das flüssige Kühlmittel wird weitergeleitet zum Wärmetauscher 28 der Batterie 26, zum Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher 32 und/oder zum Abluft-Wärmetauscher 34, wobei das Kühlmittel jeweils über ein Expansionsventil 24 in den Wärmetauscher 28, 32, 34 geleitet wird, der dann als Verdampfer funktioniert und die Batterie 26, die Fahrzeugkomponente bzw. die Abluft kühlt. Dabei nimmt das Kühlmittel thermische Energie der Batterie 26, der Fahrzeugkomponente und der Abluft auf, die im Kreislauf des Kältemittelkreislaufs 14 wieder der Klimatisierungseinheit 12 zum Heizen des Fahrzeuginnenraums zugeführt wird. Das Klimaanlagensystem 10 wird somit als Wärmepumpe betrieben.
Die Batterie 26 kann dabei bis zu einem vorgegebenen Minimalwert gekühlt werden, der der vorgegebenen minimalen Betriebstemperatur der Batterie 26 entspricht. Aus der Temperaturdifferenz des vorgegebenen Maximalwerts und des vorgegebenen Minimalwerts der Temperatur der Batterie 26 ergibt sich die in der Batterie 26 gespeicherte thermische Energie, die dem Kältemittelkreislauf 14 zum Heizen des Innenraums zugeführt werden kann.
3 zeigt das Klimaanlagensystem 10 beim Kühlen der Batterie 26 im Ladebetrieb und Kühlen des Innenraums im Fahrbetrieb. Das komprimierte Kühlmittel wird über die zuschaltbare Kühlvorrichtung 38 und den internen Wärmetauscher 39, dem ein Ventilator zugeordnet ist, abgekühlt und verflüssigt. Das flüssige Kühlmittel wird dann über die offenen Magnetventile 20 den verschiedenen Wärmetauschern zugeführt. Die Batterie 26 wird über den als Kühler wirkenden Wärmetauscher 28 mit dem offenen Expansionsventil 24 auf den vorgegebenen Minimalwert der Temperatur herabgekühlt.
Bei Betrieb des Fahrzeugs wärmt sich die Batterie 26 nur langsam von selbst und benötigt aufgrund der tiefen Ausgangstemperatur keine oder nur geringe zusätzliche Kühlung durch das Klimaanlagensystem 10. Es kann dabei beispielsweise möglich sein, dass die Batterie 26 über das zugehörige Magnetventil 20 ganz vom Kältemittelkreislauf 14 entkoppelt wird.
Der Abluft-Wärmetauscher 34 ist über sein zugehöriges Magnetventil 20 vom Kältemittelkreislauf 14 abgekoppelt, da eine Energieaufnahme durch Abkühlen der Abluft nicht benötigt oder gewünscht wird. Der Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher 32 hingegen ist über sein Magnetventil 20 an den Kältemittelkreislauf 14 angekoppelt zur Kühlung der entsprechenden Fahrzeugkomponente.
Die Klimatisierungseinheit 12 kühlt die sie durchströmende Luft mit dem integrierten Verdampfer 22. Der Verflüssiger 18 der Klimatisierungseinheit 12 wird auch von Kühlmittel durchströmt, er ist aber in der Klimatisierungseinheit 12 vom Fahrzeuginnenraum entkoppelt, da die Verbindung des Verflüssigers 18 mit dem Fahrzeuginnenraum unterbrochen ist.
Der Kältemittelkreislauf 14 wird so betrieben, dass keine Temperaturen unter 0°C auftreten, wodurch die Bildung von gefrorenem Wasser verhindert wird.
Die Wahl, ob die Batterie 26 während der Ankopplung an die Ladestation gekühlt oder geheizt wird, kann zu Beginn des elektrischen Ladevorgangs manuell erfolgen. Auf diese Weise wird der Fahrer des Fahrzeugs beispielsweise abhängig vom Zeitpunkt der nächsten geplanten Benutzung des Fahrzeugs bestimmen, ob das Fahrzeug voraussichtlich gekühlt oder geheizt werden muss. Alternativ kann die Wahl von Kühlungsmodus oder Heizungsmodus automatisch erfolgen, beispielsweise aufgrund einer Messung der Außentemperatur oder der Jahreszeit.
Weitere mögliche Anordnungen der Wärmetauscher 28, 32, 34 sind in den 4a bis 4c gezeigt. In 4a sind der Wärmetauscher 28 der Batterie 26 und der Abluft-Wärmetauscher 34 in einem ersten Abschnitt des Kältemittelkreislaufs 14 zueinander parallel geschaltet. In einem zweiten Abschnitt des Kältemittelkreislaufs 14 stromabwärts ist der Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher 32 angeordnet.
In 4b sind der Abluft-Wärmetauscher 34 und der Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher 32 in Reihe hintereinander geschaltet, während der Wärmetauscher 28 der Batterie 26 parallel dazu geschaltet ist.
In 4c ist der Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher 32 dagegen mit dem Wärmetauscher 28 der Batterie 26 in Reihe geschaltet, während der Abluft-Wärmetauscher 34 parallel dazu geschaltet ist.
Durch eine Reihenschaltung von verschiedenen Wärmetauschern 28, 32, 34 kann das Klimaanlagensystem 10 vereinfacht werden aufgrund der Einsparung von Ventilen 20, 24. Ferner sind bei der Reihenschaltung von Wärmetauschern 28, 32, 34 die am stärksten und auf die tiefste Temperatur zu kühlenden Bauteile an vorderer Stelle der Reihenschaltung angeordnet. Es ist dabei insbesondere vorteilhaft, die Wärmetauscher 28, 32, 34 von gleichzeitig betriebenen Komponenten in Reihe zu schalten.
In den 5 bis 8 ist eine zweite Ausführungsform eines Klimaanlagensystems 10 in verschiedenen Betriebszuständen gezeigt. Der Wärmetauscher 28 der Batterie 26, der Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher 32 und der Abluft-Wärmetauscher 34 sind im Unterschied zur ersten Ausführungsform in einem getrennten Fluidkreislauf 40 angeordnet. Ein Kältemittelkreislauf 14 mit einem Kompressor 16, einem Verflüssiger 18 und Verdampfer 22 einer Klimatisierungseinheit 12 ist entsprechend dem Kältemittelkreislauf 14 der ersten, in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ausgebildet.
Der Fluidkreislauf 40 umfasst eine Fluidpumpe 42 und ist über einen schaltbaren Wärmetauscher 44 an den Kältemittelkreislauf 14 gekoppelt. Der schaltbare Wärmetauscher 44 kann über ein Expansionsventil 24 als Verdampfer oder über eine Bypassleitung 30 als Verflüssiger betrieben werden. Die Bypassleitung 30 ist über ein Magnetventil 31 mit Drosselfunktion zuschaltbar.
Der Fluidkreislauf 40 wird mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oder Glykol oder ein Wasser/Glykol-Gemisch, betrieben, und die Wärmetauscher 28, 32, 34 sind als Flüssigkeits-Kühler oder -Heizeinrichtung ausgebildet. Der Wärmetauscher 28 der Batterie 26 und der Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher 32 sind in einem ersten Zweig des Fluidkreislaufs 40 in Reihe geschaltet, und der Abluft-Wärmetauscher 34 ist parallel dazu in einem mit einem Magnetventil 20 abkoppelbaren Zweig des Fluidkreislaufs 40 angeordnet.
Der Kältemittelkreislauf 14 wird analog zur ersten Ausführungsform mit einem Kühlmittel betrieben, welches im Kreislauf seine Phasenzustände ändert, beispielsweise R134a, HFO123yf oder R744 (CO₂).
Der Kältemittelkreislauf 14 und der Fluidkreislauf 40 können auch auf andere Weise ausgebildet sein. Es ist insbesondere möglich, eine Klimatisierungseinheit 12 entsprechend an einen bestehenden Kältemittelkreislauf einer Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs zu koppeln. Es können auch mehrere weitere Wärmetauscher, beispielsweise von weiteren zu kühlenden Fahrzeugkomponenten im Klimaanlagensystem 10 vorgesehen sein.
Es ist generell vorteilhaft, das Kühlmittel sozusagen durch die Batterie 26 zirkulieren zu lassen (zum Beispiel über Kühllamellen und dünne Leitungen), um eine homogene Temperatur aller einzelnen Zellen der Batterie 26 zu erreichen.
Die Wahl, ob die Batterie 26 während der Ankopplung an die Ladestation gekühlt oder geheizt wird, erfolgt analog zur ersten Ausführungsform manuell oder automatisch.
Im Folgenden wird das Verfahren, mit dem das Klimaanlagensystem nach den 5 bis 8 arbeitet, erläutert.
In der in 5 gezeigten Konfiguration des Klimaanlagensystems 10 wird der schaltbare Wärmetauscher 44 als Verflüssiger betrieben und heizt somit die Flüssigkeit im Fluidkreislauf 40. Die Fluidpumpe 42 pumpt die Flüssigkeit entgegen der Uhrzeigerrichtung durch den Fluidkreislauf 40, wodurch insbesondere die Batterie 26 aufgeheizt wird.
Nach Beendigung des Ladevorgangs und des Aufheizvorgangs der Batterie 26 wird das Klimaanlagensystem 10 bei Betrieb des Fahrzeugs in die in 6 gezeigte Konfiguration geschaltet. Der schaltbare Wärmetauscher 44 wird nun als Verdampfer über das Expansionsventil 24 betrieben. Die Flüssigkeit im Fluidkreislauf 40 wird im Wärmetauscher 44 gekühlt und kühlt infolge die Batterie 26, den Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher 32 und den Abluft-Wärmetauscher 34. Dabei nimmt die Flüssigkeit Wärme auf, die beim nächsten Umlaufen des Fluidkreislaufs 40 durch den schaltbaren Wärmetauscher 44 auf den Kältemittelkreislauf 14 übertragen wird, von wo die Wärme dem Verflüssiger 18 der Klimatisierungseinheit 12 zugeführt wird.
7 zeigt die Konfiguration des Klimaanlagensystems 10 bei einem Ladevorgang der Batterie 26 mit Abkühlen der Batterie 26. Im Kältemittelkreislauf 14 werden über das Mehrwegeventil 36 die zuschaltbare Kühlvorrichtung 38 und der interne Wärmetauscher 39 zugeschaltet, und der schaltbare Wärmetauscher 44 wird zur Kühlung der Flüssigkeit im Fluidkreislauf 40 als Verdampfer über das Expansionsventil 24 betrieben. Die gekühlte Flüssigkeit im Fluidkreislauf 40 kühlt die Batterie 26 und den in Reihe geschalteten Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher 32. Der Abluft-Wärmetauscher 34 ist über das zugeordnete Magnetventil 20 vom Fluidkreislauf 40 abgekoppelt.
Nach dem Ladevorgang der Batterie 26, bei Betrieb des Fahrzeugs, wird das Klimaanlagensystem 10 in die in 8 gezeigte Konfiguration geschaltet. Der schaltbare Wärmetauscher 44 ist dabei durch das zugeordnete Magnetventil 20 vom Kältemittelkreislauf 14 abgekoppelt, wodurch auch die Batterie 26 vom Kältemittelkreislauf 14 abgekoppelt ist. Der Kältemittelkreislauf 14 benötigt nur die Energie, um den Fahrzeuginnenraum über den Verdampfer 22 der Klimatisierungseinheit 12 zu kühlen. Der Fluidkreislauf 40 nutzt die in der Batterie 26 gespeicherte „Kälte”, um den Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher 32 zu kühlen. Der Fluidkreislauf 40 kann so lange vom Kältemittelkreislauf 14 entkoppelt sein, solange die Temperatur des Fluidkreislaufs 40 die maximal zugelassene Temperatur der Batterie 26 oder einer zu kühlenden Fahrzeugkomponente nicht übersteigt.
Berechnungen haben ergeben, dass im Winterbetrieb durch die in der Batterie gespeicherte Wärme die Wärmeverluste eines Stadtfahrzeuges vollständig aufgefangen werden können, sodass die Reichweite durch die Klimaanlagenbenutzung nur minimal durch den Wärmepumpenbetrieb reduziert wird. Die geringe Leistungsaufnahme des Verdichters der Wärmepumpe resultiert aus dem hohen Temperaturniveau der Wärmequelle von 10–40°C und dem daraus resultierenden geringen Temperaturhub der Wärmepumpe.
Auch im Sommerbetrieb wird durch die Erfindung die Reichweite des Fahrzeugs weniger eingeschränkt als bei bisher konzipierten Elektrofahrzeugen.
Die verschiedenen gezeigten Ausführungsformen der Erfindung zeigen bestimmte Kreisläufe und Anordnungen, die teilweise oder vollständig miteinander kombiniert werden können, um neue, nicht gezeigte Kreisläufe zu bilden, die aber auch Teil der Erfindung sind.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Innenraumtemperatur eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, das eine Batterie (26) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Vorsehen eines Klimaanlagensystems (10) mit einem Kältemittelkreislauf (14), thermische Koppelung des Kältemittelkreislaufs (14) mit der Batterie (26) derart, dass die Batterie (26) einen Wärmespeicher des Kältemittelkreislaufs (14) bildet, und wahlweises Kühlen oder Aufheizen der Batterie (26), während die Batterie (26) an eine elektrische Ladestation zum Aufladen der Batterie (26) angekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlen oder Aufheizen während des Aufladens der Batterie (26) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher an den Kältemittelkreislauf (14) ankoppelbar und von ihm thermisch abkoppelbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Batterie (26) beim Laden wahlweise in einem Kühlungsmodus auf einen vorgegebenen Minimal-Wert gesenkt oder in einem Batterie-Heizungsmodus auf einen vorgegebenen Maximal-Wert erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Heizen des Fahrzeuginnenraums in der Batterie (26) gespeicherte thermische Energie dem Kältemittelkreislauf (14) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass thermische Energie der Abluft eines Fahrzeuginnenraums und/oder einer zu kühlenden elektrischen Fahrzeugkomponente, insbesondere eines Wechselrichters, und/oder des elektrischen Antriebs des Fahrzeugs, dem Kältemittelkreislauf (14) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (26) direkt über den Kältemittelkreislauf (14) und einen in den Kältemittelkreislauf (14) eingebundenen Wärmetauscher (28) erwärmt oder abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kältemittelkreislauf (14) im Bereich der Batterie (26) ein Kühler, insbesondere ein Verdampfer, vorhanden ist, über den die Batterie (26) gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kühlen der Batterie (26) über ein zuschaltbares Expansionsventil (24) im Bereich der Batterie (26) das Kältemittel expandiert wird, um danach Wärme von der Batterie (26) aufzunehmen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kältemittelkreislauf (14) im Bereich der Batterie (26) eine Heizeinrichtung, insbesondere ein Verflüssiger, vorhanden ist, über den die Batterie (26) erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (14) während der Ankoppelung an die Ladestation als Heißgaskreislauf genutzt wird, um die Batterie (26) über den Heißgaskreislauf aufzuheizen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahl von Kühlung oder Heizung der Batterie (26) während der Ankoppelung an die Ladestation manuell, insbesondere zu Beginn des elektrischen Ladevorgangs, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahl von Kühlungsmodus oder Heizungsmodus automatisch aufgrund der Außentemperatur und/oder der Jahreszeit erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Kältemittelkreislauf (14) gekoppelter Fluidkreislauf (40) vorgesehen ist, in dem die Batterie (26) und mindestens eine Wärmequelle, insbesondere ein Abluft-Wärmetauscher (34) oder ein Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher (32) einer zu kühlenden Fahrzeugkomponente, angeordnet sind, wobei dem Fluidkreislauf (40) beim Heizen der Batterie (26) vom Kältemittelkreislauf (14) Wärme zugeführt wird und bei Betrieb des Fahrzeugs thermische Energie an den Kältemittelkreislauf (14) abgegeben wird und/oder beim Kühlen der Batterie (26) thermische Energie entzogen wird und bei Betrieb des Fahrzeugs thermische Energie der Wärmequelle von der Batterie (26) aufgenommen wird.
Klimaanlagensystem (10) für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit einem Kältemittelkreislauf (14), der einen Kompressor (16), einen Kühler, insbesondere in Form eines Verdampfers (22), und eine Heizeinrichtung, insbesondere in Form eines Verflüssigers (18), aufweist, wobei eine Fahrzeugbatterie (26) über einen ihr zugeordneten Wärmetauscher (28) direkt oder indirekt an den Kältemittelkreislauf (14) thermisch derart gekoppelt ist, dass der Kältemittelkreislauf (14) wahlweise die Batterie (26) kühlt, aufheizt oder Wärme der Batterie (26) in den Kältemittelkreislauf (14) eingespeist werden kann.
Klimaanlagensystem (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Kältemittelkreislauf (14) ein schaltbarer Wärmetauscher (28, 44) vorgesehen ist, der über ein Expansionsventil (24) als Verdampfer oder über eine Bypassleitung (30) als Verflüssiger betrieben werden kann, um die direkt oder indirekt gekoppelte Batterie (26) zu kühlen bzw. zu heizen.
Klimaanlagensystem (10) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abluft-Wärmetauscher (34) vorgesehen ist, der mit einer Abluftleitung eines Fahrzeuginnenraums verbunden ist, zur Aufnahme von thermischer Energie der Abluft.
Klimaanlagensystem (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher (32) vorgesehen ist, der mit einer elektrischen Fahrzeugkomponente, insbesondere einem Wechselrichter oder einem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs, verbunden ist, zur Aufnahme von thermischer Energie der Fahrzeugkomponente bzw. des Antriebs.
Klimaanlagensystem (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, insbesondere alle Wärmetauscher (28, 32, 34), die dem Kältemittelkreislauf (14) thermische Energie zuführen, parallel geschaltet sind.
Klimaanlagensystem (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Wärmetauscher (28, 32, 34), die dem Kältemittelkreislauf thermische Energie zuführen, in Reihe geschaltet sind, wobei die Wärmetauscher (28, 32, 34) der am stärksten zu kühlenden Bauteile mit der tiefsten Betriebstemperatur an vorderer Stelle der Reihenschaltung angeordnet sind.
Klimaanlagensystem (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein an den Kältemittelkreislauf (14) gekoppelter Fluidkreislauf (40) vorgesehen ist, welcher eine Fluidpumpe (42), den Batterie-Wärmetauscher (28) und mindestens einen weiteren Wärmetauscher (32, 34), insbesondere einen Abluft-Wärmetauscher (34) oder einen Fahrzeugkomponenten-Wärmetauscher (32) einer zu kühlenden Fahrzeugkomponente, aufweist.
Klimaanlagensystem (10) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkreislauf (40) über einen schaltbaren Wärmetauscher (44) an den Kältemittelkreislauf (14) gekoppelt ist.
Klimaanlagensystem (10) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kreisläufen (14, 40) verschiedene Kühlmittel vorgesehen sind, wobei im Kältemittelkreislauf (14) vorzugsweise ein seine Phasenzustände im Kreislauf änderndes Kühlmittel, insbesondere R134a, HFO1234yf oder R744, und im Fluidkreislauf (40) vorzugsweise eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder Glykol oder ein Wasser/Glykol-Gemisch, eingesetzt wird.
Klimaanlagensystem (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine in den Kältemittelkreislauf (14) wahlweise zuschaltbare Kühlvorrichtung (38) vorgesehen ist.
Klimaanlagensystem (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine in den Kältemittelkreislauf (14) eingebundene Klimatisierungseinheit (12) vorgesehen ist, in der der Verflüssiger (18) und ein eigener Verdampfer (22) sitzt.
Klimaanlagensystem (10) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Verflüssiger (18) fest im Kältemittelkreislauf (14) angeordnet ist und die Klimatisierungseinheit (12) eine Verbindung des Verflüssigers (18) mit dem Fahrzeuginnenraum wahlweise herstellen oder unterbrechen kann.
Klimaanlagensystem (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein interner Wärmetauscher (39) im Kältemittelkreislauf (14) vorgesehen ist.