DE102011000796A1

DE102011000796A1 - Klimatisierungssystem für insbesondere ein Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102011000796A1
Application number: DE201110000796
Authority: DE
Inventors: Björn Pehnert; Miroslaw Oslislok; Richard Krestel; Michael Preiss
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2031-02-18
Also published as: DE102011000796B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem eines durch einen Verbrennungsmotor antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs (1), mit zwei parallel angeordneten Kompressoren, wobei der erste Kompressor vom Verbrennungsmotor und der zweite Kompressor von einem Elektromotor angetrieben ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass für beide Kompressoren ein gemeinsamer Kondensator vorgesehen ist. Hierdurch lässt sich eine bedarfsgerechte und kostengünstige Kühlung sowohl einer Fahrzeugbatterie als auch eines Fahrzeuginnenraums bei allen Betriebszuständen erreichen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem eines durch einen Verbrennungsmotor antreibbaren Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Hybridfahrzeug mit einem derartigen Klimatisierungssystem.
Aus der DE 100 36 793 A1 ist ein gattungsgemäßes Klimatisierungssystem mit zwei parallel angeordneten Kompressoren bekannt, wobei ein erster Kompressor direkt vom Verbrennungsmotor angetrieben wird und entsprechend den Drehzahlen des Verbrennungsmotors mit wechselnden Drehzahlen arbeitet. Der zweite Kompressor wird insbesondere bei Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors zugeschaltet und ebenfalls vom Verbrennungsmotor angetrieben. Trotzdem ist der zweite Kompressor zusätzlich antriebsmäßig mit einem Elektromotor verbunden, der seinerseits elektrisch mittels eines vom Verbrennungsmotor ständig angetriebenen Generators des elektrischen Bordnetzes des Fahrzeugs bestromt wird. Hierdurch soll eine Klimaanlage des Kraftfahrzeuges unter allen Fahrbedingungen, insbesondere auch bei zeitlich länger dauernder und gegebenenfalls durch Stopps unterbrochener Kriechfahrt einwandfrei funktionieren.
Aus der EP 1 500 535 B1 ist ein weiteres Klimatisierungssystem bekannt, welches einen ersten Verdichter umfasst, der mittels einer mechanischen Kopplung durch einen Hauptmotor des Kraftfahrzeugs antreibbar ist. Zusätzlich ist ein zweiter Verdichter vorgesehen, der unabhängig vom ersten Verdichter ansteuerbar ist und in einem Kältemittelkreislauf parallel zum ersten Verdichter angeordnet ist. Der zweite Verdichter ist dabei von einem Elektromotor angetrieben, der elektrisch mit einer Hauptbatterie des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Des Weiteren ist eine zusätzliche Energiespeichereinrichtung vorgesehen, mit der der Elektromotor alternativ oder zusätzlich elektrisch verbunden werden kann. Hierdurch soll insbesondere eine hohe Kühlleistung des Klimatisierungssystems auch bei Fahrzeugstillstand oder bei Stillstand des Hauptmotors ermöglicht werden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Klimatisierungssystem der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere für den Einsatz in Hybridfahrzeugen eignet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem an sich bekannten Klimatisierungssystem eines durch einen Verbrennungsmotor antreibbaren Kraftfahrzeugs zwei parallel angeordnete Kompressoren vorzusehen, wobei der erste Kompressor vom Verbrennungsmotor und der zweite Kompressor von einem Elektromotor angetrieben ist und für beide Kompressoren erfindungsgemäß ein gemeinsamer Kondensator verwendet wird. Ein derartiges Klimatisierungssystem lässt sich insbesondere vorteilhaft in Hybridfahrzeugen verwenden, die zumindest einen Verbrennungsmotor sowie wenigstens einen Elektroantriebsmotor zum wahlweisen bzw. gemeinsamen Antrieb des Hybridfahrzeuges aufweisen. Eine Hochvoltbatterie (Fahrzeugbatterie) zur Stromversorgung des Elektromotors und des Elektroantriebsmotors sowie der Innenraum des Hybridfahrzeuges werden nun über einen jeweiligen Verdampfer des Klimatisierungssytems temperiert bzw. gekühlt. Da der Betrieb des Klimatisierungssystems für den Innenraum und die Hochvoltbatterie auch bei stillstehendem Verbrennungsmotor sichergestellt sein muss, weist der zweite Klimakompressor einen eigenen Elektromotor auf, der aus der Hochvoltbatterie mit Strom versorgt wird. Generell ist somit der erste, vom Verbrennungsmotor angetriebene Kompressor bei fahrendem Hybridfahrzeug in Betrieb, wogegen der zweite, elektromotorisch angetriebene Kompressor zusätzlich bei stark erhöhtem Kühlungsbedarf oder alternativ zum ersten Kompressor bei stillstehendem Verbrennungsmotor verwendet wird. Bei fahrendem Hybridfahrzeug ist somit vorzugsweise ausschließlich der erste Kompressor im Betrieb, um den elektrisch angetriebenen zweiten Kompressor nicht aus der Hochvoltbatterie mit Strom versorgen zu müssen und so die Hochvoltbatterie möglichst wenig zu entladen. Durch die Verwendung eines konventionellen, insbesondere riemenbetriebenen Kompressors ist eine kostengünstige Klimatisierung des fahrenden Hybridfahrzeugs sichergestellt, bei gleichzeitiger Vergrößerung der elektrischen Reichweite des Hybridfahrzeuges, da bei beim fahrenden Hybridfahrzeug keiner der beiden Kompressoren aus der Hochvoltbatterie mit Strom versorgt werden muss. Durch den elektromotorisch angetriebenen zweiten Kompressor ist trotzdem auch bei stillstehendem Hybridfahrzeug eine Klimatisierung sowohl der Fahrzeugbatterie, das heißt der Hochvoltbatterie als auch des Fahrzeuginnenraums möglich. Durch die Nutzung eines einzigen gemeinsamen Kondensators für beide Kompressoren lassen sich die Teilevielfalt und damit die Herstellungskosten reduzieren. Mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierrungssystem können somit die Reichweite des Hybridfahrzeuges vergrößert und die Herstellkosten desselben reduziert werden, da beide Kompressoren an lediglich einen gemeinsamen Kondensator angebunden sind.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist ein Drei-Wegeventil vorgesehen, das eine Aufteilung eines Kühlmittelstroms auf den ersten und zweiten Kompressor regelt bzw. steuert. Dabei ist insbesondere ein komplettes Absperren des ersten Kompressors während des Stillstands des Fahrzeugs denkbar, ebenso wie ein komplettes Absperren des zweiten Kompressors bei fahrendem Hybridfahrzeug. Wird insbesondere aufgrund heißer Witterungsbedingungen erhöhter Kühlbedarf gefordert, so können beide Kompressoren parallel betrieben und dadurch die Kühlleistung deutlich gesteigert werden. Durch das Abschalten insbesondere auch durch das Absperren des elektrisch betriebenen zweiten Kompressors beim fahrenden Hybridfahrzeug kann die Reichweite desselben deutlich gesteigert werden, da eine elektrische Leistungsentnahme in diesem Fall unterbleibt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem.
Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßes Hybridfahrzeug 1 einen von einem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen ersten Kompressor 3 auf. Der erste Kompressor 3 ist dabei Bestandteil eines Klimatisierungssystems 4 und wird von dem Verbrennungsmotor 2 beispielsweise mittels eines Riementriebs 5 mechanisch angetrieben. Das Klimatisierungssystem 4 weist darüber hinaus einen zweiten Kompressor 6 auf, der parallel zum ersten Kompressor 3 angeordnet und von einem Elektromotor 7 angetrieben ist. Erfindungsgemäß ist nun für beide Kompressoren 3, 6 lediglich ein gemeinsamer Kondensator 8 vorgesehen. Dadurch lassen sich die Teilevielfalt und damit verbundenen auch die Herstellungskosten reduzieren. Gleichzeitig wird eine ausreichende Kühlung sowohl einer nicht dargestellten Hochvoltbatterie des Hybridfahrzeugs 1 als auch eines Fahrzeuginnenraums auch bei stillstehendem Hybridfahrzeug 1, das heißt bei stillstehendem Verbrennungsmotor 2 gewährleistet. Bei fahrendem Hybridfahrzeug 1 übernimmt vorzugsweise hauptsächlich der erste Kompressor 3 die Kompressionsarbeit, wogegen der zweite Kompressor 6 abgeschaltet ist, so dass bei fahrendem Hybridfahrzeug 1 eine elektrisch Leistungsabnahme durch den zweiten Kompressor 6 unterbleibt. Hierdurch lässt sich insbesondere die Reichweite des Hybridfahrzeugs 1 deutlich vergrößern.
Betrachtet man die 1, so kann man erkennen, dass der erste Kompressor 3 mittels des Riementriebes 5 beispielsweise mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 2 antriebsverbunden ist, wogegen der Elektromotor 7 des zweiten Kompressors 6 mit einer Hochvoltbatterie 9, die beispielsweise auch zum elektromotorischen Antrieb des Hybridfahrzeuges 1 verwendet wird, verbunden ist. Zusätzlich ist ein Drei-Wegeventil 10 vorgesehen, welches eine Aufteilung eines Kühlmittelstroms auf den ersten und zweiten Kompressor 3, 6 regelt. Dabei ist der erste Kompressor 3 mittels des Drei-Wegeventils 10 komplett absperrbar.
Das Klimatisierungssystem 4 weist darüber hinaus einen ersten Verdampfer 11 zur Kühlung eines Fahrzeuginnenraums sowie einen zweiten Verdampfer 12 zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie oder sonstiger elektrischer Komponenten, insbesondere der Hochvoltbatterie 9 auf. Den beiden Verdampfern 11, 12 vorgeschaltet ist jeweils ein thermostatisches Expansionsventil 13 bzw. 13'. Die Verdampfer 11, 12 sind darüber hinaus parallel geschaltet und mittels der beiden Expansionsventile 13 bzw. 13' individuell mit einem Kühlmittelstrom beaufschlagbar. Sowohl der gemeinsame Kondensator 8 als auch die beiden Verdampfer 11, 12 sind dabei in ein konventionelles Kältemittelsystem 14 eingebunden.
Durch die Verwendung eines konventionellen, riemengetriebenen ersten Kompressors 3 ist eine kostengünstige Klimatisierung des fahrenden Hybridfahrzeugs 1 sichergestellt, bei gleichzeitiger Vergrößerung der elektrischen Reichweite des Hybridfahrzeugs 1, da kein elektrischer Kompressor, hier der zweite Kompressor 6, aus der Hochvoltbatterie 9 mit Strom versorgt werden muss. Dennoch ist durch den zusätzlichen elektrischen zweiten Kompressor 6 eine Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums und der Hochvoltbatterie 9 auch bei stillstehendem Hybridfahrzeug gewährleistet. Durch die Parallelschaltung der beiden Kompressoren 3 und 6 kann auch im Fall eines erhöhten Kühlbedarfs eine Kühlleistungssteigerung ermöglicht werden.
Die Leistungssteigerung des erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs 1 beruht insbesondere aus dem deutlich verbesserten Temperaturmanagement der Hochvoltbatterie 9 zum Betrieb des Hybridfahrzeugs 1, da diese nun individuell gekühlt und vor einer die Leistung reduzierenden Überhitzung geschützt werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem 4 bzw. dem damit ausgestatteten erfindungsgemäßen Hybridfahrzeug 1 lässt sich eine deutlich vergrößerte Reichweite beim rein elektrischen Fahren erreichen, was andererseits mit vergleichsweise geringen Kosten erreicht werden kann, da sowohl die Kühlung der Hochvoltbatterie 9 als auch die Kühlung des Fahrzeuginnenraums mittels lediglich einem von beiden Kompressoren 3, 6 beaufschlagten Kondensators 8 erfolgt. Zusätzlich wird bei dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem 4 eine entsprechende Kühlleistung auch bei einem Stillstand des Hybridfahrzeuges bzw. einem Stillstand des Verbrennungsmotors 2 gewährleistet. Von besonderer Bedeutung ist auch die Reduzierung der Energieumwandlungsverluste, die Hochvoltbatterie 9 aufgrund der verbesserten Klimatisierung nun keine nennenswerte Verlustleistung mehr in Form von Wärme abgibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10036793 A1 [0002]
EP 1500535 B1 [0003]

Claims

Klimatisierungssystem (4) eines durch einen Verbrennungsmotor (2) antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs (1), mit zwei parallel angeordneten Kompressoren (3, 6), wobei der erste Kompressor (3) vom Verbrennungsmotor (2) und der zweite Kompressor (6) von einem Elektromotor (7) angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kompressoren (3, 6) an einen gemeinsamen Kondensator (8) angeschlossen sind.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kompressor (3) mittels eines Riementriebs (5) mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (2) antriebsverbunden ist, wogegen der Elektromotor (7) des zweiten Kompressors (6) mit einer Hochvoltbatterie (9) verbunden ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drei-Wegeventil (10) vorgesehen ist, welches eine Aufteilung eines Kühlmittelstroms auf den ersten und den zweiten Kompressor (3, 6) regelt.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kompressor (3) mittels des Drei-Wegeventils (10) absperrbar ist.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimatisierungssystem (4) einen ersten Verdampfer (11) zur Kühlung eines Fahrzeuginnenraums und einen zweiten Verdampfer (12) zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie, insbesondere der Hochvoltbatterie (9) aufweist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Verdampfer (11, 12) parallel geschaltet sind.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf der beiden Verdampfer (11, 12) jeweils ein thermostatisches Expansionsventil (13, 13') angeordnet ist.
Hybridfahrzeug (1), mit einem verbrennungsmotorischen und einem elektromotorischen Antrieb und einem Klimatisierungssystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.