DE102011107404A1 - Klimatisieren eines Innenraums eines Elektrofahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums eines eine Traktionsbatterie aufweisenden Elektrofahrzeugs. Um ein verbessertes Klimatisieren des Innenraums zu ermöglichen, sind die Schritte: – Erwärmen des Innenraums mittels eines dem Innenraum zugeordneten Wärmepumpenkreislauf – Wandeln von elektrischer Energie der Traktionsbatterie in Wärmeenergie, und – Zuführen der Wärmeenergie in den Wärmepumpenkreislauf mittels eines elektrischen Kältemittelzuheizers (6) vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums eines Elektrofahrzeugs bzw. Hybridfahrzeugs sowie ein verfahrensgemäßes Elektrofahrzeug. Klimatisieren eines Innenraums eines eine Traktionsbatterie aufweisenden Elektrofahrzeugs ist bekannt. Für die Beheizung des Innenraums steht bei Elektrofahrzeugen nur im vergleichsweise geringen Umfang Abwärme zur Verfügung, so dass in der Regel die benötigte Heizleistung aus der in der Traktionsbatterie gespeicherten elektrischen Energie bereitgestellt werden muss. Dieses kann je nach Temperaturlage bei einer elektrischen Direktheizung einen vergleichsweise hohen Anteil der in der Batterie gespeicherten Energie ausmachen und damit eine Reichweite entsprechend reduzieren. Es ist bekannt, eine Wärmepumpe, zum Beispiel unter Einbeziehung von für die Klimatisierung der Kabine ohnehin erforderlichen Komponenten, beispielsweise einen Kompressor, einen Wärmeübertrager und/oder Ähnliche einzusetzen. Außerdem ist es bekannt, den Innenraum des Elektrofahrzeugs mit einem elektrischen Widerstandsheizer aufzuheizen. Dazu kann der elektrische Widerstandsheizer als PTC-Element in einem Klimagerät des Elektrofahrzeugs eine Zuluft für den Innenraum direkt aufheizen. Darüber hinaus sind Brennstoffzuheizer bekannt, die Wärme an einen Wasserkreislauf, beispielsweise an einen Zweig mit einem Heizwärmetauscher, abgeben. Ferner sind elektrische Zuheizer bekannt, die die Wärme ebenfalls an einen Wasserkreislauf abgeben.
  • Aus der US 2005/0103487 A1 ist bereits ein Wärmepumpenkreislauf bekannt mit einer elektrischen Zusatzheizung, mittels der eine zusätzliche Wärmemenge dem Wärmepumpenkreislauf zur Verfügung gestellt werden kann. Aus der JP 00-2964705 B2 ist ferner ein Kältemittelkreislauf bekannt, bei dem ein Zusatzheizer einem Kompressor vorgeschaltet ist, um eine Wärmezufuhr über eine Zuleitung zu einem Mitteldruckanschluss des Kompressors zu ermöglichen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Klimatisieren eines Innenraums eines Elektrofahrzeugs zu ermöglichen, insbesondere ein möglichst einfaches und kostengünstiges Klimatisieren des Innenraums zu ermöglichen, insbesondere das Klimatisieren derartig zu realisieren, dass dabei eine Hochvoltverkabelung einer Traktionsbatterie nicht durch und/oder nicht nahe des Innenraums geführt werden muss.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums eines Elektrofahrzeugs gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Vorteilhaft kann der Wärmetransport mittels des Wärmepumpenkreislaufs erfolgen. Zusätzliche wärmeführende Leitungen sind vorteilhaft nicht notwendig. Vorzugsweise kann das Fahrzeug eine Traktionsbatterie aufweisen. Dabei kann eine Hochvoltverkabelung der Transaktionsbatterie so geführt werden, dass diese nicht in die Nähe und auch nicht durch den Innenraum des Elektrofahrzeugs führt. Vielmehr kann vorteilhaft die Hochvoltverkabelung zu dem Wärmepumpenkreislauf geführt werden, wobei der Wärmepumpenkreislauf vorteilhaft außerhalb des Innenraums mit der elektrischen Wärmeenergie des elektrischen Zuheizers versorgt wird.
  • Bei einer Ausführungsform des Verfahrens sind ein Wandeln und Zuführen der Wärmeenergie, falls eine Umgebungstemperatur des Elektrofahrzeugs eine Schwelltemperatur unterschreitet, vorgesehen. Vorteilhaft kann bei vergleichsweise hohen Temperaturen, die jedoch noch eine Heizung des Innenraums erfordern, gänzlich auf das elektrische Zuheizen verzichtet werden. Lediglich unterhalb der Schwelltemperatur erfolgt das Zuführen der Wärmeenergie, wobei vorteilhaft ein besonders hoher Komfort im Innenraum des Elektrofahrzeugs bei vergleichsweise geringem Energieaufwand möglich ist bei einer weiterer Ausführungsform des Verfahrens ist ein Zuführen der Wärmeenergie stromabwärts eines Verdichters des Wärmepumpenkreislaufs vorgesehen. Vorteilhaft kann die Wärmeenergie stromabwärts des Verdichters mit einer besonders geringen Wirkungsgradverlust über den Wärmepumpenkreislauf zugeführt werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind ein Entnehmen eines verflüssigten Kältemittels des Wärmepumpenkreislaufs stromaufwärts eines Expansionsventils des Wärmepumpenkreislaufs und ein Einspritzen des verflüssigten Kältemittels in einen Verdichter des Wärmepumpenkreislaufs vorgesehen. Vorteilhaft kann dadurch ein Überhitzen und Zersetzen des Kältemittels aufgrund des Zuführens der Wärmeenergie verhindert werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann dazu stromabwärts des elektrischen Zuheizers eine Temperaturmessvorrichtung vorgesehen sein, die einer Regelvorrichtung zugeordnet ist, wobei die Regelvorrichtung ein motorisches Bypassventil zur Einspritzung des flüssigen Kältemittels steuert.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Zuführen der Wärmeenergie in einen zu dem Expansionsventil, einem Verdampfer und dem Verdichter des Wärmepumpenkreislaufs parallel verlaufenden Parallelzweig des Wärmepumpenkreislaufs vorgesehen, wobei der Parallelzweig eine Kältemittelpumpe und dieser nachgeschaltet den elektrischen Zuheizer aufweist. Vorteilhaft ist das Temperaturniveau in dem Parallelzweig vergleichsweise gering, so dass vorteilhaft ein Überhitzen des Kältemittels durch das Zuführen der Wärmeenergie verhindert werden kann.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Zuführen der Wärmeenergie mittels einer Strahlpumpe, welche als Vorverdichter eines Kältemittel-Verdichters arbeitet vorgesehen, womit eine ausreichende Kältemittel-Dichte am Ansaugpunkt des Verdichters und damit eine ausreichend hohe Leistung der Anlage erreicht werden kann.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Zuführen der Wärmeenergie in die Zuleitung eines Mitteldruckanschluss eines Verdichters vorgesehen, womit ein Druckverlust, der ansonsten durch einen Wärmepumpenbetrieb ohne elektrische Zuheizfunktion entsteht, vermieden kann.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Umschalten des Wärmepumpenkreislaufs zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb mittels eines Vierwegeventils vorgesehen. Vorteilhaft kann der Wärmepumpenkreislauf sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen des Innenraums des Elektrofahrzeugs verwendet werden. Je nach Anwendungsfall kann das Vierwegeventil entsprechend eingestellt werden.
  • Die Aufgabe ist außerdem bei einem Kraftfahrzeug mit einem Innenraum und einer Klimatisierung des Innenraums gelöst, wobei dieses zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens ausgelegt, eingerichtet und/oder konstruiert ist.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separaten Erfindung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Wärmepumpenkreislauf eines Elektrofahrzeugs, wobei in den Wärmepumpenkreislauf ein elektrischer Zuheizer geschaltet ist;
  • 2 einen weiteren Wärmepumpenkreislauf analog des in 1 gezeigten, wobei zusätzlich ein motorisches Bypassventil vorgesehen ist;
  • 3 einen weiteren Wärmepumpenkreislauf analog der in der 1 und 2 gezeigten Wärmepumpenkreisläufe, wobei im Unterschied der Zuheizer in einen Parallelzweig geschaltet ist;
  • 4, 5 einen Wärmepumpenkreislauf analog des in 3 gezeigten, wobei im Unterschied ein zusätzliches Vierwegeventil vorgesehen ist, mittels dem der Wärmepumpenkreislauf in einen in 4 gezeigten Kühlbetrieb und einen in 5 gezeigten Heizbetrieb umschaltbar ist;
  • 6, 7 einen Wärmepumpenkreislauf mit einer Strahlpumpe mit einem vorgeschalteten bzw. nachgeschalteten elektrischen Zusatzheizer
  • 8 einen Wärmepumpenkreislauf analog zu 3 mit einem Verdichter mit einem Mitteldruckanschluss mit vorgeschaltetem elektrischem Zuheizer
  • 9 einen Wärmepumpenkreislauf mit Kreislaufumkehr und unabhängigem Betrieb des elektrischen Zuheizers an einem seperaten Wärmetauscher
  • 10 einen Wärmepumpenkreislauf mit Kreislaufumkehr und einem elektrischen Zuheizer im Bypass
  • 11 einen weiteren Wärmepumpenkreislauf mit Kreislaufumkehr und unabhängigem Betrieb des elektrischen Zuheizers an einem seperaten Wärmetauscher.
  • 1 zeigt einen Wärmepumpenkreislauf eines nicht näher dargestellten Elektrofahrzeugs. Der Wärmepumpenkreislauf dient zum Klimatisieren eines ebenfalls nicht näher dargestellten Innenraums des Elektrofahrzeugs. Das Elektrofahrzeug weist eine Traktionsbatterie zum Speichern elektrischer Energie auf.
  • Der in 1 gezeigte Wärmepumpenkreislauf weist einen Verdampfer 1, diesem vorgeschaltet ein Expansionsventil 2, diesem vorgeschaltet einen Sammler 3, diesem vorgeschaltet einen Kondensator 4 auf. Dem Verdampfer 1 ist ein Verdichter 5 nachgeschaltet. Als Besonderheit ist zwischen den Kondensator 4 und den Verdichter 5 ein elektrischer Kältemittelzuheizer 6 geschaltet. In dem in 1 gezeigten Wärmepumpenkreislauf zirkuliert ein Kältemittel, das vorteilhaft mittels des elektrischen Kältemittelzuheizers 6 zusätzlich erwärmt werden kann, insbesondere falls eine Umgebungstemperatur des Elektrofahrzeugs eine Schwelltemperatur unterschreitet. Der elektrische Kältemittelzuheizer 6 weist elektrische Anschlüsse auf, die von der Traktionsbatterie mit elektrischer Energie versorgt werden kennen, wobei die elektrische Energie der Traktionsbatterie in Wärmeenergie gewandelt wird, wobei die Wärmeenergie dem in 1 gezeigten Wärmepumpenkreislauf zugeführt wird. Vorteilhaft wird diese zugeführte Wärmeenergie mittels des in dem Wärmepumpenkreislauf zirkulierenden Kältemittels von dem elektrischen Kältemittelzuheizer 6 direkt in den Kondensator 4 transportiert. Der Kondensator 4 ist dem nicht näher dargestellten Innenraum des ebenfalls nicht näher dargestellten Elektrofahrzeugs zum Klimatisieren beziehungsweise Beheizen zugeordnet.
  • Gemäß der Darstellung der 1 erhöht der elektrische Kältemittelzuheizer 6 eine Enthalpie des gasförmigen Kältemittels stromabwärts des Verdichters 5 beziehungsweise stromaufwärts des Kondensators 4.
  • 2 zeigt einen weiteren Wärmepumpenkreislauf analog des in 1 gezeigten Wärmepumpenkreislaufs. Der in 2 gezeigte Wärmepumpenkreislauf weist einen Verdampfer 21, diesem vorgeschaltet ein Expansionsventil 22, diesem vorgeschaltet einen Sammler 23, diesem vorgeschaltet einen Kondensator 24 auf. Dem Verdampfer 21 ist ein Verdichter 25 nachgeschaltet. Im Unterschied zur Darstellung der 1 weist der Verdichter 25 am motorisches Bypassventil 26 auf. Als weitere Besonderheit ist dem Kondensator 24 ein Temperatursensor 27 vorgeschaltet, wobei der Temperatursensor 27 einer Regeleinrichtung 28 zugeordnet ist. Der Temperatursensor 27 ist zwischen den Kondensator 24 und einen elektrischen Kältemittelzuheizer 29 geschaltet. Vorteilhaft kann also eine Temperatur des aus dem elektrischen Kältemittelzuheizer 29 ausströmenden Kältemittels mittels des Temperatursensors 27 ermittelt werden. Vorteilhaft kann mittels der Regeleinrichtung 28 das motorische Bypassventil 26 so angesteuert werden, dass das Kältemittel stromabwärts des elektrischen Kältemittelzuheizers 29 eine Kältemittelschwelltemperatur nicht überschreitet. Vorteilhaft kann so ein Überhitzen des Kältemittels sicher verhindert werden.
  • Gemäß der Darstellung der 2 wird also flüssiges Kältemittel in den Verdichter 25 bei einem Kompressionsprozess eingespritzt, um vorteilhaft die Temperatur des Druckgases beziehungsweise des gasförmigen Kältemittels stromabwärts des Verdichters 25 zu begrenzen. Dazu wird vorteilhaft die Temperatur des Druckgases beziehungsweise des gasförmigen Kältemittels stromabwärts des elektrischen Kältemittelzuheizers 29 mittels des Temperatursensors 27 überwacht.
  • 3 zeigt einen weiteren Wärmepumpenkreislauf analog des in den 1 und 2 gezeigten Wärmepumpenkreislaufs. Der in 3 gezeigte Wärmepumpenkreislauf weist einen Verdampfer 31, diesem vorgeschaltet ein Expansionsventil 32, diesem vorgeschaltet einen Sammler 33 und diesem vorgeschaltet einen Kondensator 34 auf. im Unterschied zu der Darstellung gemäß den 1 und 2 weist der Wärmepumpenkreislauf gemäß 3 einen Parallelzweig auf, in den einen Kältemittelpumpe 35 und ein elektrischer Kältemittelzuheizer geschaltet sind. Die Kältemittelpumpe 35 ist dem Sammler 33 nachgeschaltet. Die Kältemittelpumpe 35 ist dem elektrischen Kältemittelzuheizer 36 vorgeschaltet. Dem Parallelzweig, also der Kältemittelpumpe 35 und dem elektrischen Kältemittelzuheizer 36 sind das Expansionsventil 32, der Verdampfer 31 und ein Verdichter 37 des in 3 gezeigten Wärmepumpenkreislaufs parallel geschaltet. Vorteilhaft kann die Wärmeenergie mittels des elektrischen Kältemittelzuheizers 36 in dem vergleichsweise kühlen Temperaturniveau des Sammlers 33 beziehungsweise des Kondensators 34 zugeführt werden, wobei vorteilhaft ein Überhitzen des Kältemittels bestmöglich verhindert werden kann
  • Anders formuliert wird in dem in 3 gezeigten Kreislauf aus dem Sammler 33 auf einem Kondensationsdruckniveau flüssiges Kältemittel entnommen und mit Hilfe der zusätzlichen Kältemittelpumpe 35 ein zusätzlicher Massenstrom durch den elektrischen Kältemittelzuheizer 36 geführt und dort verdampft. Die Kältemittelmassenströme aus dem elektrischen Kaltemittelzuheizer 36 und dem Verdichter 37 werden zusammengeführt und in dem dem Innenraum zugeordneten Kondensator 34 kondensiert. Vorteilhaft wird der elektrische Kältemittelzuheizer 36 mit flüssigem Kältemittel beaufschlagt, des vorteilhaft bei einem guten Wärmeübergang verdampft, womit vorteilhaft unzulässig hohe Oberflächentemperaturen an Heizflächen des elektrischen Kaltemittelzuheizers 36 vermieden werden können. Vorteilhaft kann ein Ansteigen einer Temperatur des Kältemittels in einem unzulässigen Bereich, insbesondere einem Bereich einer Instabilität, vermieden werden.
  • 4 zeigt einen weiteren Wärmepumpenkreislauf analog des in 3 gezeigten Wärmepumpenkreislaufs, wobei zusätzlich ein Vierwegeventil vorgesehen ist. 4 zeigt den Wärmepumpenkreislauf in einem Kühlbetrieb.
  • 5 zeigt den in 4 gezeigten Wärmepumpenkreislauf in einem Heizbetrieb.
  • Im Folgenden wird auf die 4 und 5 gemeinsam Bezug genommen.
  • In den 4 und 5 ist mittels Pfeilen eine Flussrichtung des Kältemittels symbolisiert. Der Wärmepumpenkreislauf gemäß den 4 und 5 weist einen ersten Wärmetauscher 401, ein Expansionsorgan 402, einen Sammler 403, einen zweiten Wärmetauscher 404, eine Kältemittelpumpe 405, einen elektrischen Kältemittelzuheizer 406, einen Kältemittelverdichter 407 sowie ein Vierwegeventil 408 auf. Ferner weist der in den 4 und 5 gezeigte Wärmepumpenkreislauf ein erstes Rückschlagventil 409, ein zweites Rückschlagventil 410, ein drittes Rückschlagventil 411 und ein viertes Rückschlagventil 412 auf.
  • Gemäß der Darstellung der 4 befindet sich der Wärmepumpenkreislauf in einem Kühlbetrieb, wobei das Vierwegeventil 408 so geschaltet ist, dass das zweite Rückschlagventil 410 und das dritte Rücksahlagventil 411 sperren und das erste Rückschlagventil 409 und das vierte Rückschlagventil 412 von dem Kältemittel durchflossen sind. Es ist zu erkennen, dass die in 4 gezeigte Schaltstellung des Vierwegeventils 408 im Vergleich zu dem in 5 gezeigten Wärmepumpenkreislauf eine umgedrehte Strömungsrichtung und Funktionalität aufweist. Dabei fungiert in der Schaltstellung gemäß 4 der erste Wärmetauscher 401 als Kondensator und der zweite Wärmetauscher 404 als Verdampfer.
  • In der in 6 gezeigten Schaltstellung des Vierwegeventils 408 ergibt sich eine Strömungsrichtung des Kältemittels und damit eine Funktionalität entsprechend des in 3 gezeigten Wärmepumpenkreislaufs. Dabei funktioniert der erste Wärmetauscher 401 als Verdampfer und der zweite Wärmetauscher 404 als Kondensator. Der zweite Wärmetauscher 404 ist dem Innenraum zu Heiz- oder Kühlzwecken zugeordnet. Die entsprechende Funktionalität kann mittels des Vierwegeventils 408 eingestellt werden.
  • 6 zeigt die Kombination einer Wärmepumpe mit elektrischem Zuheizer 606, in der vorteilhaft eine Strahlpumpe 607 als Vorverdichter eines Kältemittel-Verdichters 605 arbeitet. Als Treibstrom für die Strahlpumpe 607 dient Kältemittel auf hohem Druckniveau, das mittels vorgeschaltetem elektrischem Zuheizer 606 verdampft wird. Der Treibstrom saugt in der Strahlpumpe 607 einen Saugstrom an, der über den Verdampfer fließt und dadurch seinerseits verdampft wird. Damit ist sichergestellt, dass auch das Kältemittel-Gemisch am Auslass der Strahlpumpe im dampfförmigen Zustand vorliegt. Am Auslass der Strahlpumpe 607 wird das Gemisch aus Treibstrom und Saugstrom vom Kältemittel-Verdichter 605 angesaugt. Vorteilhaft ist das Verhältnis von Saugstrom zu Treibstrom sowie der Gemisch-Druck am Austritt der Strahlpumpe möglichst hoch. Da diese beiden Parameter gegenläufige Konfigurationsanforderungen für die Strahlpumpe sind, ist hier ein Kompromiss zu finden. Ein hoher Gemisch-Druck stellt eine ausreichende Kältemittel-Dichte am Ansaugpunkt des Verdichters 605 und damit eine ausreichend hohe Leistung der Anlage sicher. Ein hohes Verhältnis vom Saugstrom zu Treibstrom sorgt im Gegensatz dazu für eine hohe Leistungszahl COP, da infolge des hohen Massenstromes über den Verdampfer 601 viel Wärme aus der Umgebung aufgenommen wird. Vorteilhaft wird der Gemisch-Druck so eingestellt, dass die Leistungsanforderungen erreicht werden und das Verhältnis aus Saugstrom zu Treibstrom maximiert wird. Vorteilhaft kann der Sekundärkreis aus Strahlpumpe 607 und elektrischem Zuheizer 606 auch abgeschaltet werden, solange eine zusätzliche Wärmeeinbringung über den elektrischen Zuheizer nicht notwendig ist. Eine wettere Ausführungsform, die sich lediglich um die Anordnung des elektrischen Zuheizers 706 von der vorgehenden Möglichkeit unterscheidet, ist in 7 dargestellt. Hier wird der Zuheizer 706 nach der Strahlpumpe 707 angeordnet. Als Treibstrom wird hierbei flüssiges Kältemittel auf Hochdruckniveau eingesetzt. Das Gemisch aus flüssigem Treibstrom und verdampftem Saugstrom wird mittels dem elektrischen Zuheizer 706 vollständig verdampft.
  • In einer weiteren Ausführungsform gemäß 8 wird der Zuheizer 806 in die Zuleitung 805a zu einem Mitteldruckanschluss eines entsprechenden Verdichters eingebracht. Scroll-Kompressoren mit Mitteldruckanschluss sind bekannt. Vorteilhaft wird durch eine derartige Anordnung der Druckverlust, der durch den Wärmepumpenbetrieb ohne elektrische Zuheizfunktion entsteht, vermieden. Nachteilig hieran ist, dass die Leistungseinbringung des elektrischen Zuheizers 806 in dieser Ausführungsform nur in relativ engen Bereichen regelbar ist.
  • Eine weitere Ausführungsform stellt eine Verschaltung mit Kreislaufumkehr dar. Mittels eines 4/2-Wege-Ventils 911 kann die Strömungsrichtung des Kältemittels umgekehrt werden und damit zwischen einem Betrieb für Kälteerzeugung und einem Betrieb für Wärmeerzeugung umgeschaltet werden. Die beiden Wärmetauscher 906 und 909 sind im Klimagerät angeordnet, wobei der Wärmetauscher 909 dem Wärmetauscher 906 luftseitig vorgeschaltet ist. Vorteilhaft gibt der Kreislauf im Heizbetrieb seine Wärmeleistung am Wärmetauscher 909 auf einem im Vergleich zum Wärmetauscher 906 niedrigeren Temperatur- bzw. Druckniveau ab. Im Vergleich zu den vorhergehenden Ausführungsformen kann der Wärmepumpenkreislauf dadurch vor allem bei niedrigen Umgebungstemperaturen und hohen Leistungsanforderungen effizienter betrieben werden. Über den Wärmetauscher 906 kann mit Hilfe des vorgeschalteten elektrischen Zuheizers 908 die Differenz zur gewünschten Komforttemperatur am Luft-Auslass des Klimagerätes geschlossen werden.
  • Mit dieser Verschaltung ist auch ein Luftentfeuchtungs-Betrieb vorstellbar, wobei der Kreislauf im Kältebetrieb arbeitet und der Wärmetauscher 909 daher als Verdampfer arbeitet. Dabei kondensiert die Luftfeuchte am Wärmetauscher 909. Mit Hilfe des Wärmetauschers 906 und dem vorgeschalteten Zuheizer 908 kann die „trockene” Luft wieder erhitzt werden.
  • Auch ein Beschlag der Scheiben im Fahrzeuginneren („Flash-Fogging”), der durch das plötzliche Umschalten von Entfeuchtungsbetrieb in den Heizbetrieb entsteht, kann durch den Zuheizer 908 wirkungsvoll vermieden werden. Beim „Flash-Fogging” wird die während des Entfeuchtungsbetriebes im Wärmetauscher 909 kondensierte Luft-Feuchtigkeit durch das Umschalten in den Heizbetrieb teilweise wieder von der ungesättigten Luft aufgenommen. Die Luftfeuchte der nun gesättigten Luft kann an den kalten Fenster-Scheiben des Fahrzeuginnenraumes wieder kondensieren und sorgt damit für einen Beschlag der Fensterscheiben. Durch die zusätzliche Heizung mittels Wärmetauscher 906 und Zuheizer 908 wird die Luft auf Temperaturen erhitzt, bei denen die feuchte Luft in einem ungesättigten Zustand vorliegt und damit die Gefahr des „Flash-Foggings” reduziert.
  • 10 stellt eine Erweiterung des Kreislaufes aus 3, d. h. des Wärmepumpenkreislaufs mit Zuheizung im Bypass dar. Der erweiterte Funktionsumfang umfasst die Umschaltmöglichkeit von Heizbetrieb in Kältebetrieb. Die Kreislaufumkehr und damit die Umschaltung vom Heiz- auf Kältebetrieb werden durch die zusätzlichen Ventile 101, 102, 105, 107, 1012 realisiert. Des Weiteren umfasst der Aufbau auch einen internen Wärmetauscher 109, der nur während des Kältebetriebes in Funktion ist. Im Heizbetrieb wird sowohl am Wärmetauscher 1015 als auch am Wärmetauscher 106 Umgebungswärme aufgenommen. Da der Wärmetauscher 1015 im Klimagerät luftseitig vor den Wärmetauscher 1014 angeordnet ist, wird hierdurch auch eine Entfeuchtung der Luft realisiert. Dadurch wird ein (Teil)-Umluftbetrieb ermöglicht und zusätzlich die Kondensationswärme der Luftfeuchte mitgenutzt. Außerdem ist hiermit auch ein Entfeuchtungs-Betrieb (Reheat-Betrieb) gewährleistet.
  • 11 stellt eine Abwandlung der in 10 dargestellten Ausführungsform dar. Hier erfolgt die Wärmeabgabe der durch den elektrischen Zuheizer eingebrachten Heizleistung in einem zusätzlichen Wärmetauscher 1110. Das dabei verfolgte Prinzip entspricht der in 4 dargestellten Ausführungsform. Die Vorteile verhalten sich analog zu den Ausführungen zum Kreislauf aus dieser Figur.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verdampfer
    2
    Expansionsventil
    3
    Sammler
    4
    Kondensator
    5
    Verdichter
    6
    elektrischer Kältemittelzuheizer
    21
    Verdampfer
    22
    Expansionsventil
    23
    Sammler
    24
    Kondensator
    25
    Verdichter
    26
    motorisches Bypassventil
    27
    Temperatursensor
    28
    Regeleinrichtung
    29
    elektrischer Kältemittelzuheizer
    31
    Verdampfer
    32
    Expansionsventil
    33
    Sammler
    34
    Kondensator
    35
    Kältemittelpumpe
    36
    elektrischer Kältemittelzuheizer
    37
    Verdichter
    101
    Rückschlagventil
    102
    Rückschlagventil
    103
    Sammler
    104
    Drossel
    105
    Rückschlagventil
    106
    Kondensator/Verdampfer (Frontend-Wärmetauscher)
    107
    4/2-Wegeventil
    108
    Kältemittel-Verdichter
    109
    Interner Wärmetauscher
    111
    Rückschlagventil
    112
    Rückschlagventil
    113
    Sammler
    114
    Drossel
    115
    Rückschlagventil
    116
    Kondensatar/Verdampfer (Frontend-Wärmetauscher)
    117
    4/2-Wegeventil
    118
    Kältemittel-Verdichter
    119
    Interner Wärmetauscher
    401
    erster Wärmetauscher
    402
    Expansionsorgan
    403
    Sammler
    404
    zweiter Wärmetauscher
    405
    Kältemittelpumpe
    406
    elektrische Kältemittelzuheizer
    407
    Kältemittelverdichter
    408
    Vierwegeventil
    409
    erstes Rückschlagventil
    410
    zweites Rückschlagventil
    411
    drittes Rückschlagventil
    412
    viertes Rückschlagventil
    601
    Verdampfer (Frontend-Wärmetauscher)
    602
    Drossel
    603
    Sammler
    604
    Kondensator (HVAC-Wärmetauscher)
    605
    Kältemittel-Verdichter
    606
    elektrischer Zuheizer
    607
    Strahlpumpe
    701
    Verdampfer (Frontend-Wärmetauscher)
    702
    Drossel
    703
    Sammler
    704
    Kondensator (HVAC-Wärmetauscher)
    705
    Kältemittel-Verdichter
    706
    elektrischer Zuheizer
    707
    Strahlpumpe
    801
    Verdampfer
    802
    Drossel
    803
    Sammler
    804
    Kondensator (HVAC-Wärmetauscher)
    805
    Kältemittel-Verdichter mit Mitteldruckanschluss
    805a
    Zuleitung
    806
    elektrischer Zuheizer
    807
    Drossel
    901
    Verdampfer/Kondensator (Frontend-Wärmetauscher)
    902a–d
    Gleichrichterschaltung, bestehend aus 4 Rückschlagventilen
    903
    Sammler
    904
    Drossel
    905
    Kältemittel-Verdichter
    906
    Kondensator (HVAC-Wärmetauscher)
    907
    Kältemittel-Pumpe
    908
    elektrischer Zuheizer
    909
    Kondensator/Verdampfer (HVAC-Wärmetauscher)
    910
    Drossel
    911
    4/2-Wegeventil
    1010
    elektrischer Zuheizer
    1011
    Kältemittel-Pumpe
    1012
    Rückschlagventil
    1013
    Drossel
    1014
    Kondensator (HVAC-Wärmetauscher)
    1015
    Verdampfer (HVAC-Wärmetauscher)
    1110
    Kondensator (HVAC-Wärmetauscher)
    1111
    elektrischer Zuheizer
    1112
    Kältemittel-Pumpe
    1113
    Rückschlagventil
    1114
    Drossel
    1115
    Kondensator (HVAC-Wärmetauscher)
    1116
    Verdampfer (HVAC-Wärmetauscher)
    1117
    Drossel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2005/0103487 A1 [0002]
    • JP 00-2964705 B2 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums eines Elektrofahrzeugs, mit: – Erwärmen des Innenraums mittels eines dem Innenraum zugeordneten Wärmepumpenkreislauf – Wandeln von elektrischer Energie der Traktionsbatterie in Wärmeenergie, und – Zuführen der Wärmeenergie in den Wärmepumpenkreislauf mittels eines elektrischen Kältemittelzuheizers (6; 29; 36; 406; 606; 706; 806; 908; 1010; 1111).
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, mit: – Wandeln und Zuführen der Wärmeenergie, falls eine Umgebungstemperatur des Elektrofahrzeugs eine Schwelltemperatur unterschreitet.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Zuführen der Wärmeenergie stromabwärts eines Verdichters (5; 25) des Wärmepumpenkreislaufs.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Entnehmen eines verflüssigten Kältemittels des Wärmepumpenkreislaufs stromaufwärts eines Expansionsventils (22; 32; 402) des Wärmepumpenkreislaufs,
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Einspritzen des verflüssigten Kältemittels in einen Verdichter (25) des Wärmepumpenkreislaufs.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Zuführen der Wärmeenergie in einen zu dem Expansionsventil (32; 402), einem Verdampfer (31; 401) und dem Verdichter (37; 407) des Wärmepumpenkreislaufs parallel verlaufenden Parallelzweigs des Wärmepumpenkreislaufs, wobei der Parallelzweig eine Kältemittelpumpe (35; 405) und dieser nachgeschaltet den elektrischen Kältemittelzuheizer (36; 406) aufweist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Zuführen der Wärmeenergie mittels einer Strahlpumpe (607), welche als Vorverdichter eines Kältemittel-Verdichters (605) arbeitet.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Zuführen der Wärmeenergie in die Zuleitung eines Mitteldruckanschluss eines Verdichters (805).
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Umschalten des Wärmepumpenkreislaufs zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb mittels eines Vierwegeventils (408, 911).
  10. Kraftfahrzeug mit einem Innenraum und einer Klimatisierung des Innenraums, ausgelegt, eingerichtet und/oder konstruiert zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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