DE102011081706A1

DE102011081706A1 - Temperature control device for controlling temperature of passenger compartment of motor vehicle, particularly electric- or hybrid vehicle, has network arrangement with high-voltage power supply system for high-voltage load

Info

Publication number: DE102011081706A1
Application number: DE102011081706A
Authority: DE
Inventors: Bernd Eckert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2013-02-28

Abstract

The temperature control device (34) has a network arrangement with a high-voltage power supply system (18) for supplying power to high-voltage loads (20,32) and a low-voltage power supply system for supplying power to a low-voltage load. A functional component of the temperature control device is formed to operate an operating voltage at the level of the high-voltage power supply system. The functional component is operated from an alternating current voltage source (36) or from a direct current voltage source.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung für ein Transportmittel. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Temperiervorrichtung.The present invention relates to a temperature control device for a means of transport. The present invention further relates to a motor vehicle with a tempering device.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, bei Kraftfahrzeugen eine Klimaanlage zur Kühlung des Fahrgastraumes vorzusehen. Der Grundbestandteil der meisten Klimaanlagen ist ein Arbeitsmittelkreislauf mit einem Kompressor, einem außerhalb des Fahrgastraums angeordneten Außenwärmetauscher als Kondensator, einem Expansionsventil und einem Innenwärmetauscher. Das flüssige Arbeitsmittel entzieht mittels des Innenwärmetauschers, dem Verdampfer, der in den Fahrgastraum eingeleiteten Luft Wärme und verdampft dabei. Anschließend wird das Arbeitsmittel durch den Kompressor verdichtet, der zugleich als Kreislaufpumpe dient. Das verdichtete Gas wird in dem Kondensator gekühlt, bis es kondensiert. Das unter Druck stehende flüssige Arbeitsmittel wird dem Wärmetauscher über ein Expansionsventil zugeleitet, in dem der Druck des Arbeitsmittels rasch absinkt und das Arbeitsmittel verdampft. Dabei fällt die Temperatur stark ab, so dass der Wärmetauscher eine Kühlfunktion erbringt.It is known to provide an air conditioning system for cooling the passenger compartment in motor vehicles. The basic component of most air conditioners is a working fluid circuit with a compressor, an outside heat exchanger arranged as a condenser, an expansion valve and an indoor heat exchanger. The liquid working fluid extracts heat by means of the internal heat exchanger, the evaporator, the air introduced into the passenger compartment and evaporates. Subsequently, the working fluid is compressed by the compressor, which also serves as a circulation pump. The compressed gas is cooled in the condenser until it condenses. The pressurized fluid working fluid is supplied to the heat exchanger via an expansion valve in which the pressure of the working fluid rapidly decreases and the working fluid evaporates. The temperature drops sharply, so that the heat exchanger performs a cooling function.

Es ist ferner bekannt, die zuvor genannten Bestandteile einer solchen Klimaanlage durch eine Umkehrung des Arbeitsmittelkreislaufs als Wärmepumpe zu nutzen.It is also known to use the aforementioned components of such an air conditioner by reversing the working medium circuit as a heat pump.

Auch Elektroheizungen für Kraftfahrzeuge zur Erwärmung der in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einzuleitenden Luft sind grundsätzlich bekannt. Zum Einsatz kommen dabei bspw. Elektroheizungen mit mehreren Gruppen von Widerstands-Heizelementen, die meist als PTC-(positive temperature coefficient)-Heizelemente ausgeführt sind. In Elektrofahrzeugen ist für die Traktionseinrichtungen häufig ein Hochvolt-Spannungsnetz mit einer Spannung oberhalb von 300 V vorgesehen. Der Kompressor und die elektrische Heizeinrichtung hängen an einem Niedervolt-Bordnetz und werden über einen DC/DC-Wandler aus dem Hochvolt-Spannungsnetz von einem Hochvoltenergiespeicher mit elektrischer Energie versorgt.Electric heaters for motor vehicles for heating the air to be introduced into the passenger compartment of the motor vehicle are also known in principle. For example, electric heaters with a plurality of groups of resistance heating elements, which are usually designed as PTC (positive temperature coefficient) heating elements, are used. In electric vehicles, the traction devices are often provided with a high voltage voltage network with a voltage above 300V. The compressor and the electric heater are connected to a low-voltage electrical system and are powered by a DC / DC converter from the high-voltage power supply from a high-voltage energy storage with electrical energy.

Solche DC/DC-Wandler sind vergleichsweise kostenintensiv und reduzieren den ohnehin knappen Bauraum im Kraftfahrzeug. Ferner wirken sich DC/DC-Wandler aufgrund ihres Wirkungsgrads (etwa 80 bis 90 %) ungünstig auf die Gesamtenergiebilanz des Kraftfahrzeugs aus. Such DC / DC converters are relatively expensive and reduce the already scarce space in the vehicle. Furthermore, due to their efficiency (about 80 to 90%), DC / DC converters have an unfavorable effect on the overall energy balance of the motor vehicle.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung dient zur Temperierung in einem Transportmittel, insbesondere zur Temperierung eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs. Das Transportmittel weist eine Netzanordnung mit einem Hochvolt-Spannungsnetz für die Spannungsversorgung wenigstens eines Hochvolt-Verbrauchers und einem Niedervolt-Spannungsnetz für die Spannungsversorgung wenigstens eines Niedervolt-Verbrauchers auf. Wenigstens eine funktionale Komponente der Temperiervorrichtung ist dazu ausgelegt, bei einer Betriebsspannung im Wesentlichen auf dem Niveau des Hochvolt-Spannungsnetzes betrieben zu werden.The tempering device according to the invention is used for temperature control in a means of transport, in particular for controlling the temperature of a passenger compartment of a motor vehicle. The means of transport has a network arrangement with a high-voltage power supply for the power supply of at least one high-voltage load and a low-voltage power supply for the power supply of at least one low-voltage load. At least one functional component of the temperature control device is designed to be operated at an operating voltage substantially at the level of the high voltage voltage network.

Die Erfindung schlägt ferner ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Temperiervorrichtung vor.The invention also proposes a motor vehicle with such a tempering device.

Die Grenze, ab der ein Spannungsnetz als Hochvolt-Spannungsnetz aufzufassen ist, kann von den technischen Gegebenheiten oder Randbedingungen, zum Beispiel vom Antriebs- oder Stromversorgungskonzept des elektrischen Antriebs des Kraftfahrzeugs oder vom eingesetzten Batterietyp, abhängen. Im Wortlaut dieses Textes ist unter einem Niedervolt-Spannungsnetz bevorzugt ein Spannungsnetz mit einer Spannung zu verstehen, die kleiner als 60 V ist, also zum Beispiel 12 V, 14 V oder 42 V beträgt. Entsprechend ist unter einem Hochvolt-Spannungsnetz bevorzugt ein Spannungsnetz zu verstehen, dessen Spannung im Bereich zwischen 60 Volt und 1000 V liegt, also bspw. 130 V, 450 V oder 600 V beträgt. Dies sind typische gegenwärtige Spannungen eines Hochvolt-Spannungsnetzes in heutigen Elektrofahrzeugen. Unter einer Temperiervorrichtung ist jede Art von Vorrichtung zu verstehen, mit der eine gezielte Veränderung der Temperatur in ihrer Umgebung, insbesondere der in einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges einzuleitenden Luft zwecks Heizung oder Kühlung des Fahrgastraums erreicht werden kann. Insbesondere weist eine Temperiervorrichtung mindestens eine der folgenden Komponenten auf: ein elektrisches Heizelement, einen insbesondere nach dem Kühlschrankprinzip arbeitenden Kälteerzeuger, eine Wärmepumpe, einen elektrischen Heizwiderstand, ein Peltierelement und/oder ein Gebläse.The limit from which a voltage network is to be regarded as a high voltage voltage network may depend on the technical conditions or boundary conditions, for example on the drive or power supply concept of the electric drive of the motor vehicle or on the type of battery used. In the wording of this text, a low-voltage voltage network is preferably to be understood as meaning a voltage network having a voltage which is less than 60 V, that is to say 12 V, 14 V or 42 V, for example. Accordingly, a high-voltage voltage network is preferably to be understood as meaning a voltage network whose voltage is in the range between 60 V and 1000 V, that is, for example, 130 V, 450 V or 600 V. These are typical current voltages of a high voltage voltage network in today's electric vehicles. A tempering device is to be understood as any type of device with which a targeted change in the temperature in its environment, in particular the air to be introduced into a passenger compartment of a motor vehicle for the purpose of heating or cooling the passenger compartment, can be achieved. In particular, a tempering device has at least one of the following components: an electrical heating element, a cooling device operating in particular according to the refrigerator principle, a heat pump, an electrical heating resistor, a Peltier element and / or a fan.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch die Erfindung kann der Einsatz von spannungsverarbeitenden Einrichtungen, insbesondere von DC/DC-Wandlern vorzugsweise entfallen. Damit entfallen auch die Wirkungsgradverluste aufgrund solcher Spannungswandler, wodurch die Energiebilanz des Kraftfahrzeugs verbessert wird. Durch das Wegfallen der spannungsverarbeitenden Vorrichtungen werden Bauraum und Kosten eingespart.The invention makes it possible to dispense with the use of voltage-processing devices, in particular of DC / DC converters. This also eliminates the efficiency losses due to such voltage converter, whereby the energy balance of the motor vehicle is improved. By eliminating the voltage processing devices space and cost savings.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann die funktionale Komponente aus einer Wechselspannungsquelle oder aus einer Gleichspannungsquelle betrieben werden. According to one embodiment of the invention, the functional component can be operated from an AC voltage source or from a DC voltage source.

Damit kann vorzugsweise auf weitere elektronische Komponenten, wie bspw. einen Wechselrichter verzichtet werden, der ansonsten die funktionale Komponente bspw. mit einem öffentlichen Versorgungsnetz verbinden müsste.This can preferably be dispensed with further electronic components, such as, for example, an inverter, which would otherwise have to connect the functional component, for example, with a public utility network.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die funktionale Komponente mit einer externen Energieversorgungseinrichtung für einen Betrieb der Temperiervorrichtung, insbesondere im Falle eines Kraftfahrzeug-Stillstands verbindbar. Dabei ist eine Umschalteinheit zum Umschalten zwischen einer ersten Energieversorgungseinrichtung, die eine Spannung aus dem Hochvolt-Spannungsnetz mit einem ersten Spannungspotential zur Verfügung stellt und einer externen zweiten Energieversorgungseinrichtung mit einem zweiten Spannungspotential vorgesehen. According to one embodiment of the invention, the functional component is connectable to an external power supply device for operation of the temperature control device, in particular in the case of a motor vehicle standstill. In this case, a switching unit for switching between a first power supply device which provides a voltage from the high-voltage power supply with a first voltage potential and an external second power supply device with a second voltage potential is provided.

Durch die Zuführung von externer Energie werden die fahrzeugeigenen Energiereserven geschont und stehen damit zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zur Verfügung. Dies ist bei einem Elektrofahrzeug mit dem Vorteil verbunden, dass die Reichweite des Fahrzeugs erhöht werden kann.By supplying external energy, the vehicle's own energy reserves are spared and are thus available for driving the motor vehicle. This is associated with an electric vehicle with the advantage that the range of the vehicle can be increased.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung stellt die erste Energieversorgungseinrichtung eine Gleichspannung aus dem Hochvolt-Spannungsnetz zur Verfügung, während die zweite Energieversorgungseinrichtung eine externe Wechselspannung zur Verfügung stellt.In one embodiment of the invention, the first power supply device provides a DC voltage from the high-voltage power supply, while the second power supply device provides an external AC voltage.

Damit kann die Temperiervorrichtung wahlweise nutzbar entsprechend dem Stromangebot sowohl über die fahrzeugeigene Hochvolt-Batterie oder mit z.B. 220 V Wechselstrom betrieben werden.Thus, the temperature control can optionally available according to the power supply both via the vehicle's own high-voltage battery or with e.g. 220 V AC are operated.

Beispielsweise ist die externe Energieversorgungseinrichtung ein öffentliches Versorgungsnetz. For example, the external power supply device is a public utility network.

Ein öffentliches Versorgungsnetz hat eine hohe örtliche und zeitliche Verfügbarkeit. Ferner wird dadurch ein Betrieb der Temperiervorrichtung auch zu Hause in der Garage ermöglicht. Insbesondere bei tiefen Temperaturen kann das Fahrzeug bequem vor Inbetriebnahme durch Anschließen an eine Steckdose vorgeheizt werden.A public supply network has a high local and temporal availability. Furthermore, this allows operation of the temperature control device at home in the garage. Especially at low temperatures, the vehicle can be preheated conveniently before commissioning by connecting to a power outlet.

Bei einer Ausführungsvariante der Erfindung weist die funktionale Komponente wenigstens ein PTC-Heizelement auf.In one embodiment variant of the invention, the functional component has at least one PTC heating element.

Derartige PTC-Elemente haben den Vorteil, dass sie bei einer gedrosselten Wärmeabfuhr aufgrund des Selbstregelungseffektes nicht überhitzt werden können. Ferner haben PTC-Heizelemente die besondere Eigenschaft, dass sie sowohl in Spannungsbereichen von 100 bis 240 V und bei Spannungen über 400 V einsetzbar sind. Die PTC-Elemente bestehen aus Keramik, so dass im Fehlerfall keine Brandgefahr besteht. Ferner besteht bei PTC-Heizelementen die Möglichkeit einer kontinuierlichen, verschleißfrei arbeitenden Leistungsregulierung.Such PTC elements have the advantage that they can not be overheated with a throttled heat dissipation due to the self-regulation effect. Furthermore, PTC heating elements have the special feature that they can be used both in voltage ranges of 100 to 240 V and at voltages above 400 V. The PTC elements are made of ceramic, so that there is no risk of fire in the event of a fault. Furthermore, there is the possibility of PTC heating elements of a continuous, wear-free working power regulation.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Temperiervorrichtung einen außerhalb eines zu temperierenden Raumes angeordneten Kompressor, wenigstens einen Außenwärmetauscher, wenigstens ein Expansionsorgan und wenigstens einen innerhalb des Raumes angeordneten Innenwärmetauscher sowie Mittel zum Umschalten zwischen einem Kühlbetrieb und einem Heizbetrieb auf.According to one embodiment of the invention, the temperature control device has a compressor arranged outside a room to be tempered, at least one outdoor heat exchanger, at least one expansion element and at least one interior heat exchanger arranged inside the room, and means for switching between a cooling mode and a heating mode.

Damit ist bei kompakter Bauweise ein anwendungs- und bedarfsorientierter Einsatz sowohl zum Kühlen als auch zum Heizen möglich.Thus, in a compact design an application and demand-oriented use for both cooling and heating is possible.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Klimakompressor von einem Elektromotor, insbesondere einem Einphasen-Reihenschlussmotor angetrieben. According to one embodiment of the invention, the air conditioning compressor is driven by an electric motor, in particular a single-phase series motor.

Der Reihenschlussmotor hat den Vorteil, dass er sowohl mit Gleichspannung wie auch mit Wechselspannung betrieben werden kann.The series-wound motor has the advantage that it can be operated with DC as well as with AC voltage.

Bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen ist aufgrund der gegenüber dem Antrieb mit Verbrennungsmotoren geringen Abwärmeleistung die Heizung des Fahrgastbereichs problematisch. Es entsteht hierdurch ein Mangel an Heizpotential, um den Komfort für die Fahrzeuginsassen zu gewährleisten. Zur Kompensation dieses Mangels ist gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung die funktionale Komponente auf dem Spannungsniveau einer Traktionsbatterie eines Elektro- und/oder Hybridfahrzeuges betreibbar. In the case of electrically driven motor vehicles, the heating of the passenger compartment is problematic due to the low waste heat output compared to the drive with internal combustion engines. This creates a lack of heating potential to ensure comfort for the vehicle occupants. To compensate for this defect, according to an embodiment variant of the invention, the functional component can be operated at the voltage level of a traction battery of an electric and / or hybrid vehicle.

Unter dem Begriff Elektrofahrzeug wird dabei ein Fahrzeug verstanden, das entweder ein reines Elektrofahrzeug ist, das ausschließlich mit einem Elektromotor angetrieben wird, oder ein Hybridfahrzeug ist, welches zusätzlich noch eine Brennkraftmaschine aufweist und somit entweder mit dem Elektromotor und/oder der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Der Begriff Elektrofahrzeug umfasst dabei Elektroautos, Elektrobusse, Elektrolastkraftwagen, Elektrorollstühle, Elektrostapler, Golfmobile, um nur eine kleine Auswahl zu nennen.The term "electric vehicle" is understood to mean a vehicle which is either a pure electric vehicle that is exclusively driven by an electric motor or a hybrid vehicle which additionally has an internal combustion engine and is therefore driven either by the electric motor and / or the internal combustion engine. The term electric vehicle includes electric cars, electric buses, electric trucks, electric wheelchairs, electric forklifts, golf campers, just to name a few.

Es versteht sich, dass Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung auch entsprechend sinngemäß auf das erfindungsgemäß ausgestaltete Kraftfahrzeug zutreffen.It is understood that features, properties and advantages of the temperature control according to the invention also according to the spirit of the Vehicle designed according to the invention apply.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Klimatisierung; und 1 shows a schematic representation of a motor vehicle with an air conditioning according to the invention; and

2 zeigt ein Blockschaltbild eines Arbeitskreislaufes einer erfindungsgemäßen Klimaanlage. 2 shows a block diagram of a working cycle of an air conditioner according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 ist ein Elektrofahrzeug schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Im Fahrgastraum 12 befindet sich eine Sitzanordnung mit – in Fahrtrichtung R gesehen – auf der linken Fahrzeugseite befindlichem Fahrersitz 14, einem rechts daneben angeordneten Beifahrersitz 16, sowie einer hinteren Rückbank 17. In 1 an electric vehicle is shown schematically and generally with 10 designated. In the passenger compartment 12 is a seat assembly with - seen in the direction of travel R - located on the left side of the vehicle driver's seat 14 , a passenger seat arranged right next to it 16 , as well as a rear back seat 17 ,

Das Elektrofahrzeug 10 weist ein Hochvolt-Spannungsnetz 18 auf, in dem eine Energieversorgungseinheit 20, die hier als Traktionsbatterie 20 ausgebildet ist, sowie eine elektrische Maschine 22 angeordnet sind.The electric vehicle 10 has a high voltage voltage network 18 in which a power supply unit 20 that's here as a traction battery 20 is formed, and an electric machine 22 are arranged.

Die elektrische Maschine 22 ist motorisch zur Erzeugung eines Antriebsmoments, das auf wenigstens ein Antriebsrad R1, R2, L1, L2 des Elektrofahrzeugs 10 wirkt, oder generatorisch zur Rekuperation von Verzögerungsenergie betreibbar. Die Traktionsbatterie 20, ein Traktionsumrichter 24 und die elektrische Maschine 22 sind derart verschaltet, dass in einem Fahrbetrieb des Elektrofahrzeuges 10 die elektrische Maschine 22 mit der elektrischen Energie der Traktionsbatterie 20 angetrieben wird. Zu diesem Zweck wird die der Traktionsbatterie 20 entnommene Gleichspannung in dem Traktionsumrichter 24 von bspw. 450 V in eine Wechselspannung umgewandelt, deren Amplitude 450 V beträgt. Der Traktionsumrichter 24 kann zu diesem Zweck eine Leistungselektronik mit einem Pulswechselrichter aufweisen. Die Wechselspannung wird der elektrischen Maschine 22 zugeführt.The electric machine 22 is motorized to generate a drive torque, the at least one drive wheel R1, R2, L1, L2 of the electric vehicle 10 acts, or as a generator for recuperation of deceleration energy operable. The traction battery 20 , a traction converter 24 and the electric machine 22 are connected in such a way that in a driving operation of the electric vehicle 10 the electric machine 22 with the electric energy of the traction battery 20 is driven. For this purpose, that of the traction battery 20 taken DC voltage in the traction converter 24 of 450V, for example, converted into an AC voltage whose amplitude is 450V. The traction converter 24 may for this purpose have power electronics with a pulse inverter. The AC voltage is the electric machine 22 fed.

Ferner wird in einem Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs 10 mittels eines Gleichspannungswandlers 26 die von der Traktionsbatterie 20 bereitgestellte Gleichspannung in eine Gleichspannung von 12 V umgewandelt, die über ein Niedervolt-Spannungsnetz 28 einem oder mehreren am Niedervolt-Spannungsnetz 28 hängenden (nicht dargestellten) Gleichstromverbrauchern zugeführt wird. Zu diesen Gleichstromverbrauchern gehören bspw. Steuergeräte des Elektrofahrzeugs 10, Glühlampen und Kleinspannungsmotoren, z.B. für Stellantriebe. Beispielsweise ist der Gleichspannungswandler 26 als bidirektionaler Wandler ausgeführt und kann folglich als Tiefsetzsteller und als Hochsetzsteller arbeiten, um einen Energieaustausch zwischen dem Hochvolt-Spannungsnetz 18 und dem Niedervolt-Spannungsnetz 28 vornehmen zu können. Alternativ kann das Niedervolt-Spannungsnetz 28 eine eigene Niedervoltbatterie aufweisen, wie es bei 29 angedeutet ist.Further, in a driving operation of the electric vehicle 10 by means of a DC-DC converter 26 that of the traction battery 20 DC voltage converted into a DC voltage of 12 V, which via a low-voltage voltage network 28 one or more on the low-voltage power supply 28 hanging (not shown) DC consumers is supplied. These DC consumers include, for example, control units of the electric vehicle 10 , Incandescent and low voltage motors, eg for actuators. For example, the DC-DC converter 26 As a bidirectional converter and thus can work as a buck converter and as a boost converter to an energy exchange between the high-voltage power supply 18 and the low voltage voltage network 28 to be able to make. Alternatively, the low voltage power supply 28 have their own low-voltage battery, as with 29 is indicated.

Die Traktionsbatterie 20 versorgt in einem Fahrbetrieb des Elektrofahrzeuges 10 ferner einen Reihenschlussmotor 30 mit elektrischer Energie. Der Reihenschlussmotor 30 treibt seinerseits einen Klimakompressor 32 einer in 2 im Einzelnen dargestellten Klimaanlage 34 des Elektrofahrzeuges 10 an. Dabei ist der Reihenschlussmotor 30 direkt, d.h. ohne spannungsverarbeitende Einrichtung (wie etwa Gleichrichter, Tief- oder Hochsetzsteller) an die Traktionsbatterie 20 angeschlossen.The traction battery 20 supplied in a driving operation of the electric vehicle 10 Furthermore, a series motor 30 with electrical energy. The series motor 30 in turn drives an air conditioning compressor 32 one in 2 detailed air conditioning 34 of the electric vehicle 10 at. Here is the series motor 30 directly, ie without voltage-processing device (such as rectifier, buck or boost converter) to the traction battery 20 connected.

Das Elektrofahrzeug 10 ist beispielsweise als ein Plug-in-Fahrzeug ausgeführt. Darunter versteht man Fahrzeuge, die an eine externe elektrische Energieversorgungseinrichtung 36 angeschlossen werden und elektrische Energie aus dieser externen Energieversorgungseinrichtung 36 entnehmen können. Insbesondere wird die Traktionsbatterie 20 des Elektrofahrzeuges 10 beim Stillstand von der externen Energieversorgungseinrichtung 36 aufgeladen. Hierzu verfügt das Elektrofahrzeug 10 über eine Ladeeinrichtung 37. An der externen Energieversorgungseinrichtung 36 (z.B. ein öffentliches Versorgungsnetz) liegt beispielsweise eine Spannung von 220 V als Wechselspannung vor. Diese Wechselspannung ist von der Ladeeinrichtung 37 in eine Gleichspannung umzuwandeln und ferner die Spannung auf das Spannungsniveau der Traktionsbatterie von 450 V zu transformieren. Das Elektrofahrzeug 10 kann hierzu mittels eines Stromkabels und einer Steckverbindung an das externe Stromnetz 36 angeschlossen werden. Im Falle des Kraftfahrzeug-Stillstands kann die Klimaanlage 34 durch das externe Stromnetz 36 mit Energie versorgt werden. Damit wird verhindert, dass die für die Klimatisierungszwecke verwendete elektrische Energie nicht mehr für das Antreiben des Elektrofahrzeugs 10 zur Verfügung steht. Dies ist bei dem Elektrofahrzeug 10 insofern von Vorteil, als hier eine Verringerung der für das Elektrofahrzeug 10 zur Verfügung stehenden Energie in erheblichen Maß zu Lasten der Kilometerleistung des Elektrofahrzeuges 10 geht. The electric vehicle 10 For example, it is implemented as a plug-in vehicle. This refers to vehicles connected to an external electrical power supply 36 be connected and electrical energy from this external power supply device 36 can take. In particular, the traction battery 20 of the electric vehicle 10 at standstill from the external power supply device 36 charged. For this the electric vehicle has 10 via a charging device 37 , At the external power supply device 36 (For example, a public utility grid) is for example a voltage of 220 V as AC voltage. This AC voltage is from the charger 37 to convert to a DC voltage and further to transform the voltage to the voltage level of the traction battery of 450V. The electric vehicle 10 can do this by means of a power cable and a plug connection to the external power grid 36 be connected. In case of motor vehicle standstill, the air conditioner 34 through the external power grid 36 be energized. This prevents that the electrical energy used for the air conditioning purposes is no longer for driving the electric vehicle 10 is available. This is with the electric vehicle 10 advantageous in that here a reduction in the for the electric vehicle 10 available energy to a considerable extent at the expense of the mileage of the electric vehicle 10 goes.

In der Wechselspannungsanschlussleitung 38 ist eine Umschalteinheit 40 angeordnet, die bei anliegender, bzw. nicht anliegender externer Wechselspannung eine Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten (Wechselspannungsbetrieb und Batteriebetrieb) automatisch veranlasst. Dabei ist ein direkter Anschluss der externen Energieversorgungseinrichtung 36 ohne Spannungskonvertierung zum Betrieb des Reihenschlussmotors 30 möglich.In the AC voltage connection line 38 is a switching unit 40 arranged, which automatically causes a switching between the two operating modes (AC operation and battery operation) when the external AC voltage is present or not present. In this case, a direct connection of the external power supply device 36 without voltage conversion for operation of the series motor 30 possible.

2 zeigt ein Blockschaltbild eines Arbeitskreislaufes 44 der Klimaanlage 34 zur Erläuterung deren prinzipiellen Funktionsweise. Im Fahrgastraum 12 befindet sich ein Innenwärmetauscher 46. Eine erste Leitung 48 verbindet die Druckseite 50 des Klimakompressors 32 über ein 3-Wegeventil 42 mit dem Innenwärmetauscher 46. Eine zweite Leitung 52 verbindet den Innenwärmetauscher 46 über ein Außenexpansionsventil 54 und einen Außenverdampfer 56 mit der Saugseite 58 des Klimakompressors 32. Eine dritte Leitung 60 verbindet ein Innenexpansionsventil 62 des Innenwärmetauschers 46 über einen Außenkondensator 64 mit der Druckseite 50 des Klimakompressors 32. Eine vierte Leitung 66 verbindet den Innenwärmetauscher 46 mit der Saugseite 58 des Klimakompressors 32. Im Heizungsmodus wird das gasförmige Arbeitsmittel vom Klimakompressor 32 entgegen der Drosselungswirkung des Außenexpansionsventils 54 verdichtet und von der Druckseite 50 des Klimakompressors 32 über die erste Leitung 48 dem Innenwärmetauscher 46 zugeführt. Durch die Verdichtung erwärmt sich das Arbeitsmittel und überträgt Wärmeenergie als Heizleistung auf den Innenwärmetauscher 46. Das Arbeitsmittel kondensiert dabei und wird über die zweite Leitung 52 dem Außenexpansionsventil 54 zugeführt, in dem der Druck des Arbeitsmittels soweit abfällt, dass das Arbeitsmittel im nachfolgenden Außenverdampfer 56 verdampft. Dabei entnimmt das Arbeitsmittel Wärmeenergie aus der Umgebungsluft. Über das 3-Wegeventil 42 wird das Arbeitsmittel erneut der Saugseite 58 des Klimakompressors 32 zugeführt. Insgesamt arbeitet die Klimaanlage 34 damit bezüglich des Fahrgastraums 12 als Wärmepumpe. 2 shows a block diagram of a working cycle 44 the air conditioning 34 to explain their basic operation. In the passenger compartment 12 there is an indoor heat exchanger 46 , A first line 48 connects the print side 50 of the air conditioning compressor 32 via a 3-way valve 42 with the indoor heat exchanger 46 , A second line 52 connects the indoor heat exchanger 46 via an outdoor expansion valve 54 and an outdoor evaporator 56 with the suction side 58 of the air conditioning compressor 32 , A third line 60 connects an interior expansion valve 62 of the indoor heat exchanger 46 via an external capacitor 64 with the pressure side 50 of the air conditioning compressor 32 , A fourth line 66 connects the indoor heat exchanger 46 with the suction side 58 of the air conditioning compressor 32 , In heating mode, the gaseous working fluid from the air conditioning compressor 32 contrary to the throttling effect of the outer expansion valve 54 compressed and from the pressure side 50 of the air conditioning compressor 32 over the first line 48 the indoor heat exchanger 46 fed. The compression heats up the working fluid and transfers thermal energy as heating power to the inner heat exchanger 46 , The working fluid condenses and is via the second line 52 the outdoor expansion valve 54 fed, in which the pressure of the working fluid drops so far that the working fluid in the subsequent outer evaporator 56 evaporated. The working fluid removes heat energy from the ambient air. About the 3-way valve 42 the working fluid is again the suction side 58 of the air conditioning compressor 32 fed. Overall, the air conditioning works 34 with respect to the passenger compartment 12 as a heat pump.

Durch Schalten des 3-Wegeventils 42 wird die erste Leitung 48 über das 3-Wegeventil 42 mit der Druckseite 50 des Kompressors 32 verbunden, wodurch die Reihenfolge von Verdampfer und Kondensator vertauscht und so ein weiterer Arbeitsmittelkreislauf in umgekehrter Reihenfolge erzeugt wird, so dass die Klimaanlage 34 im Kühlmodus betrieben wird.By switching the 3-way valve 42 becomes the first line 48 via the 3-way valve 42 with the pressure side 50 of the compressor 32 connected, whereby the order of evaporator and condenser reversed, and so another working fluid circuit is generated in reverse order, so that the air conditioning 34 is operated in cooling mode.

Ein (nicht dargestelltes Klimagebläse) saugt über einen Frischlufteinlass einen Frischluftstrom und gleichzeitig über einen Umlufteinlass einen Umluftstrom an. Über eine (nicht dargestellte) Klappenanordnung wird der Anteil von Frischluftstrom und Umluftstrom eingestellt. Der sich aus dem Frischluftstrom und dem Umluftstrom ergebende Temperierluftstrom wird von der Klimaanlage 34 gekühlt oder erwärmt und durch entsprechende Luftleitwege zu Einlassöffnungen geleitet, die im Fahrgastraum 12 verteilt angeordnet sind und je nach Bedarf zu- oder abgeschaltet werden können. Die Einlassöffnungen sind z.B. im Armaturenbrett, am unteren Rand der Windschutzscheibe sowie an der Mittelkonsole angeordnet.A (not shown air conditioning blower) sucks a fresh air inlet via a fresh air inlet and at the same time a circulating air flow via a recirculation air inlet. About a (not shown) flap arrangement, the proportion of fresh air flow and circulating air flow is adjusted. The resulting from the fresh air flow and the circulating air flow tempering air flow is from the air conditioning 34 cooled or heated and passed through appropriate air ducts to inlet openings in the passenger compartment 12 distributed and can be switched on or off as needed. The inlet openings are arranged for example in the dashboard, at the bottom of the windshield and on the center console.

Zusammenfassend stellt die Erfindung eine Klimaanlage bereit, die ohne spannungsverarbeitende Einrichtungen an einem Hochvolt-Spannungsnetz oder an einer externen Energieversorgungseinrichtung jeweils sowohl im Kühlmodus als auch im Heizmodus betrieben werden kann.In summary, the invention provides an air conditioning system which can be operated without voltage processing devices on a high voltage voltage network or on an external power supply device in each case both in the cooling mode and in the heating mode.

Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung vielfältig abgeändert werden kann, ohne Erfindungsgedanken zu verlassen.It is understood that the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the invention.

So kann bspw. die Klimaanlage so ausgeführt sein, dass sie nur eine Abkühlung der in den Fahrgastraum strömenden Luft ermöglicht, während die Heizung des Fahrgastraums mit einer elektrischen Heizungseinrichtung, insbesondere einer PTC-Heizungseinrichtung durchgeführt wird.Thus, for example, the air conditioning system can be designed so that it allows only a cooling of the air flowing into the passenger compartment air, while the heating of the passenger compartment is performed with an electric heating device, in particular a PTC heating device.

Ferner ist es denkbar, dass die Heizungseinrichtung und/oder die Klimaanlage so ausgebildet ist, dass sie nur auf dem Spannungsniveau des Hochvolt-Spannungsnetzes und zugleich universell, d.h. mit jeder Spannungsart (Gleichspannung, Wechselspannung, Mischspannung) betrieben werden kann. Um die so ausgeführte Heizungseinrichtung und/oder Klimaanlage über das externe Netz speisen zu können, genügt es, wenn die Spannungsverarbeitungsrichtung das Spannungsniveau erhöht. Eine Gleichrichterbrücke kann in diesem Fall weggelassen werden, was den apparativen Aufwand verringert.Furthermore, it is conceivable that the heating device and / or the air conditioning system is designed so that it only at the voltage level of the high voltage voltage network and at the same time universally, i. can be operated with any voltage (DC voltage, AC voltage, mixed voltage). In order to be able to feed the heating device and / or air conditioning system so executed via the external network, it is sufficient if the voltage processing direction increases the voltage level. A rectifier bridge can be omitted in this case, which reduces the expenditure on equipment.

Ferner ist es denkbar, dass die Heizungseinrichtung und/oder die Klimaanlage so ausgebildet ist, dass sie zwar auf unterschiedlichen Spannungsniveaus, jedoch nur mit einer bestimmten Spannungsart betrieben werden kann. In diesem Fall kann entsprechend der Schritt der Spannungsniveauerhöhung entfallen, wenn derartige Verbraucher über das externe Netz zu speisen sind.Furthermore, it is conceivable that the heating device and / or the air conditioning system is designed so that it can be operated at different voltage levels, but only with a certain voltage. In this case, according to the step of voltage level increase can be omitted if such consumers are to be fed via the external network.

Ferner ist es denkbar, einen Anteil des Temperierstromes zur Kühlung, bspw. der Traktionsbatterie, zu verwenden.Furthermore, it is conceivable to use a portion of the tempering current for cooling, for example the traction battery.

Selbstverständlich kann zwischen der an der funktionalen Komponente liegenden Hochvolt-Spannung und der am Anschluss der Traktionsbatterie auftretenden Hochvolt-Spannung eine Spannungsdifferenz bestehen. Eine negative Spannungsdifferenz bedeutet dabei, dass die Spannung an der funktionalen Komponente oberhalb der Spannung der Traktionsbatterie liegt. Entsprechend bedeutet eine negative Spannungsdifferenz, dass die Spannung an der funktionalen Komponente unterhalb der Spannung der Traktionsbatterie liegt. Je nachdem ob eine negative oder positive Spannungsdifferenz vorliegt, kann ein Hochsetzsteller oder ein Tiefsetzsteller zwischen der Traktionsbatterie und der funktionalen Komponente angeordnet werden, um die Spannung der Traktionsbatterie auf die Spannung der funktionalen Komponente hoch- bzw. herunter zu transformieren. Auch in diesem Fall besteht ein Vorteil gegenüber dem Stand der Technik dahingehend, dass die Spannungsdifferenz zwischen zwei Hochvolt-Spannungen, die bei der erfindungsgemäßen Lösung auftritt, stets klein ist gegenüber der bei der herkömmlichen Lösung gegebenen Spannungsdifferenz zwischen einer Hochvolt-Spannung der Traktionsbatterie und einer Niedervolt-Spannung des entsprechenden Verbrauchers. Da eine kleinere Spannungsdifferenz mit einem höheren Wirkungsgrad verbunden ist, weist die erfindungsgemäße Lösung eine bessere Energieeffizienz als die bekannten Lösungen auf.Of course, there may be a voltage difference between the high-voltage voltage applied to the functional component and the high-voltage voltage occurring at the connection of the traction battery. A negative voltage difference means that the voltage at the functional component is above the voltage of the traction battery. Correspondingly, a negative voltage difference means that the voltage at the functional component is below the voltage of the traction battery. Depending on whether there is a negative or positive voltage difference, a boost converter or a buck converter may be disposed between the traction battery and the functional component to up-transform the voltage of the traction battery to the voltage of the functional component. Also in this case, there is an advantage over the prior art in that the voltage difference between two high-voltage voltages that occurs in the inventive solution is always small compared to the given in the conventional solution voltage difference between a high voltage voltage of the traction battery and a Low voltage voltage of the corresponding consumer. Since a smaller voltage difference is associated with a higher efficiency, the solution according to the invention has a better energy efficiency than the known solutions.

Claims

Temperature control device for temperature control in a means of transport ( 10 ), in particular for the temperature control of a passenger compartment ( 12 ) of a motor vehicle ( 10 ), the means of transport ( 10 ) a network arrangement with a high voltage voltage network ( 18 ) for the power supply of at least one high-voltage consumer ( 20 . 32 ) and a low-voltage power supply for the power supply of at least one low-voltage load, wherein at least one functional component ( 32 ) of the tempering device ( 34 ) is designed, at an operating voltage substantially at the level of the high voltage voltage network ( 18 ) to be operated.

Temperature control device according to claim 1, wherein the functional component ( 32 ) from an AC voltage source ( 36 ) or from a DC voltage source ( 20 ) can be operated.

Temperature control device according to claim 1 or 2, wherein the functional component ( 32 ) with an external power supply device ( 36 ) for operation of the temperature control device ( 34 ), in particular in the case of a motor vehicle standstill is connectable, wherein a switching unit ( 40 ) for switching between a first power supply device ( 20 ), which is a voltage from the high voltage voltage network ( 18 ) with a first voltage potential or an external second power supply device ( 36 ) is provided with a second voltage potential.

Temperature control device according to claim 3, wherein the energy supply device is a public supply network ( 36 ).

Temperature control device according to one of claims 1 to 4, wherein the functional component comprises at least one PTC heating element.

Temperature control device according to one of claims 1 to 5, wherein the temperature control device ( 34 ) one outside a room to be tempered ( 12 ) arranged compressor ( 32 ), at least one outdoor heat exchanger ( 56 ), at least one organ of expansion ( 54 . 62 ), at least one inside the room ( 12 ) arranged indoor heat exchanger ( 46 ) and means ( 42 ) for switching between a cooling operation and a heating operation.

Temperature control device according to claim 6, wherein the compressor ( 32 ) of an electric motor ( 30 ), in particular a single-phase series motor ( 30 ) is driven.

Temperature control device according to one of claims 1 to 7, wherein the functional component ( 32 ) at the voltage level of a traction battery ( 20 ) of an electric and / or hybrid vehicle ( 10 ) is operable.

Motor vehicle, in particular electric or hybrid vehicle ( 10 ), with a tempering device ( 34 ) for temperature control, in particular of a passenger compartment ( 12 ) of the motor vehicle ( 10 ) according to one of claims 1 to 8.