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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Fahrzeuge insbesondere in Form von Personenkraftwagen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Ein solches Fahrzeug weist ein Bordnetz zum Versorgen wenigstens eines elektrischen Verbrauchers des Fahrzeugs mit elektrischer Energie auf. Ferner umfasst das Fahrzeug wenigstens einen Energiespeicher, mittels welchem elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden kann. Mittels des Energiespeichers ist das Bordnetz mit der in dem Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie versorgbar, sodass der wenigstens eine elektrische Verbraucher über das Bordnetz mittels des Energiespeichers mit der in dem Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie versorgt werden kann. Dadurch kann der wenigstens eine elektrische Verbraucher mittels der in dem Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie betrieben werden.
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Darüber hinaus umfasst das Fahrzeug eine Klimatisierungseinrichtung zum Klimatisieren beziehungsweise Temperieren eines Innenraums des Fahrzeugs. In dem Innenraum des Fahrzeugs können sich Insassen des Fahrzeugs aufhalten. Durch das Temperieren des Innenraums können in dem Innenraum für die Insassen angenehme Bedingungen eingestellt werden, sodass sich ein hoher Fahrkomfort realisieren lässt. Unter dem Temperieren des Innenraums ist zu verstehen, dass mittels der Klimatisierungseinrichtung eine vorgebbare Temperatur in dem Innenraum eingestellt wird. Die Temperatur wird beispielsweise derart eingestellt, dass mittels der Klimatisierungseinrichtung dem Innenraum Luft zugeführt wird, welche mittels der Klimatisierungseinrichtung temperiert, das heißt gekühlt und/oder erwärmt wird. Durch das Zuführen der mittels der Klimatisierungseinrichtung temperierten Luft in den Innenraum können im Innenraum besonders angenehme Bedingungen eingestellt werden.
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Darüber hinaus ist der
DE 10 2012 024 080 A1 ein Fahrzeug als bekannt zu entnehmen, welches wenigstens einen Elektromotor aufweist und dabei beispielsweise als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb des Fahrzeugs, insbesondere ein besonders effizientes Energiemanagement des Fahrzeugs, realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Fahrzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb des Fahrzeugs, insbesondere ein besonders effizientes Energiemanagement des Fahrzeugs, realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Klimatisierungseinrichtung wenigstens ein von dem Energiespeicher unterschiedlicher, zusätzlich zu dem Energiespeicher vorgesehener weiterer Energiespeicher zugeordnet ist, mittels welchem die Klimatisierungseinrichtung mit in dem weiteren Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgbar ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass ausschließlich die Klimatisierungseinrichtung mit der in dem weiteren Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie versorgbar ist.
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Der weitere Energiespeicher ist beispielsweise eine Batterie und stellt somit ein bezogen auf den ersten Energiespeicher zusätzliches Batteriesystem dar, welches, insbesondere ausschließlich, zur Klimatisierung des Innenraums genutzt wird. Hierbei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der weitere Energiespeicher von dem Bordnetz getrennt und somit unabhängig von einer Spannungslage des Bordnetzes ist. Um den Innenraum des Fahrzeugs besonders effizient klimatisieren beziehungsweise temperieren zu können und somit einen besonders effizienten Betrieb des Fahrzeugs zu realisieren, ist es beispielsweise vorgesehen, dass das Fahrzeug einen elektrischen Kältemittelverdichter aufweist, welcher mittels des weiteren Energiespeichers mit in dem weiteren Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie versorgbar und dadurch betreibbar ist. Mittels des elektrisch betreibbaren Kältemittelverdichters kann beispielsweise ein Kältemittel einer als Kompressionsklimaanlage ausgebildeten Klimaanlage verdichtet werden, wobei diese Klimaanlage Bestandteil der Klimatisierungseinrichtung sein kann. Mittels der Klimaanlage kann auf hinlänglich bekannte Weise dem Innenraum zuzuführende Luft temperiert, das heißt gekühlt und/oder erwärmt, werden, wodurch der Innenraum temperiert beziehungsweise klimatisiert werden kann. Da der elektrische Kältemittelverdichter mittels des weiteren Energiespeichers mit elektrischer Energie versorgt werden kann, kann der Innenraum besonders effizient temperiert beziehungsweise klimatisiert werden.
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Das Fahrzeug kann einen herkömmlichen Antriebsstrang beziehungsweise einen mechanischen Antrieb und/oder einen elektrischen Antrieb aufweisen und dabei als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet sein. Durch die Verwendung des zusätzlich zum ersten Energiespeicher vorgesehenen, weiteren Energiespeichers ist es beispielsweise möglich, eine besonders hohe Reichweite, über welche das Fahrzeug mittels in dem ersten Energiespeicher gespeicherter Energie elektrisch angetrieben werden kann, zu realisieren, da die Klimatisierungseinrichtung nicht oder nicht ausschließlich mit in dem ersten Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie versorgt werden muss, sondern mittels in dem weiteren Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie betrieben werden kann. Dadurch kann beispielsweise bei Einsatz einer Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Kraftwagens ein durch Klimatisieren des Innenraums bewirkter Kraftstoffmehrverbrauch beziehungsweise bei einem Hybrid- oder einem Elektrofahrzeug eine Verkürzung der Reichweite, über welche das Elektro- beziehungsweise Hybridfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann, vermieden werden bei gleichzeitiger Sicherstellung eines vorteilhaften thermischen Komforts im Innenraum.
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Mit anderen Worten liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass es bei konventionellen Antriebssträngen durch die Klimatisierung des Innenraums üblicherweise zu einem Kraftstoffmehrverbrauch kommt. Ferner kommt es bei alternativen Antriebssträngen und somit bei voll- oder teilelektrischen Fahrzeugen aufgrund der Klimatisierung des Innenraums üblicherweise zu einer Reichweitenverkürzung. Diese Nachteile können bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug vermieden werden, da der zusätzliche, weitere und beispielsweise als Batterie ausgebildete Energiespeicher zur Klimatisierung des Innenraums verwendet wird. Dadurch lässt sich im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen eine Systemoptimierung eines Kühlkreislaufs im Sommer- und Winterfall realisieren. Ferner kann der Bauraumbedarf der Klimatisierungseinrichtung beziehungsweise des Kühlkreislaufs gering gehalten werden. Insbesondere ist es möglich, einen besonders hohen Gesamtwirkungsgrad eines Energiemanagements des Fahrzeugs zu realisieren, da beispielsweise Verlustenergie zusätzlich in dem weiteren Energiespeicher gespeichert und zur Klimatisierung des Innenraums genutzt werden kann. Durch den Einsatz des weiteren Energiespeichers kann der Energieverbrauch gering gehalten werden. Insbesondere kann eine autarke, von dem Antriebsstrang beziehungsweise von dem Bordnetz unabhängige Klimatisierung realisiert werden.
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Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Elektrifizierung von Personenkraftwagen derzeit und zukünftig verstärkt Antriebstechniken eingesetzt werden, bei denen das Bordnetz eine elektrische Spannung, insbesondere Betriebsspannung, von zumindest 48 Volt aufweist. Dabei ist ein Einsatz wenigstens eines elektrischen beziehungsweise elektrisch betreibbaren Kältemittelverdichters vorgesehen. Ferner kann ein solcher elektrischer Kältemittelverdichter bei dem Einsatz eines integrierten Startergenerators (ISG) in Kombination mit einem klassischen Verbrennungsmotor zum Einsatz kommen. Dabei kann vorgesehen sein, Energie mittel Rekuperation bereitzustellen, wobei kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese Umwandlung erfolgt beispielsweise in einem Schubbetrieb als auch beim Abbremsen des Fahrzeugs im Rahmen einer sogenannten Bremsenergierückgewinnung. Üblicherweise wird die rekuperierte Energie lediglich in einer dafür vorgesehenen und geeigneten Batterie wie beispielsweise dem ersten Energiespeicher gespeichert und später für fahrdynamische Zwecke beziehungsweise die Aufrechterhaltung des Batterieladestandes (SoC) genutzt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ist es jedoch möglich, die rekuperierte Energie alternativ oder zusätzlich in dem weiteren Energiespeicher zu speichern und somit für die Klimatisierung des Innenraums zu verwenden, sodass sich ein besonders effizienter Betrieb realisieren lässt. Vorzugsweise dient der weitere Energiespeicher ausschließlich dem Zwecke der Klimatisierung, worunter beispielsweise ein Kühlen des Innenraums im Sommer, das heißt bei hohen Temperaturen, und ein Heizen des Innenraums im Winter, das heißt bei geringen Temperaturen zu verstehen ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ein Schaltbild eines Fahrzeugs, mit einem Bordnetz zum Versorgen wenigstens eines elektrischen Verbrauchers des Fahrzeugs mit elektrischer Energie, und wenigstens einem zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeicher, mit einer Klimatisierungseinrichtung zum Temperieren eines Innenraums des Fahrzeugs, und mit einem von dem Energiespeicher unterschiedlichen, zusätzlich dazu vorgesehenen weiteren Energiespeicher, mittels welchem die Klimatisierungseinrichtung mit in dem weiteren Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie versorgbar ist.
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Die einzige Fig. zeigt ein Schaltbild eines vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Fahrzeugs, welches einen in der Fig. besonders schematisch dargestellten und mit 10 bezeichneten Innenraum aufweist. Der Innenraum 10 wird auch als Fahrgastzelle bezeichnet und bietet Platz für wenigstens einen Insassen, insbesondere für eine Mehrzahl von Insassen, des Fahrzeugs. Mit anderen Worten können sich üblicherweise mehrere Insassen in dem Innenraum 10 aufhalten. Hierzu ist in dem Innenraum 10 wenigstens eine Sitzanlage des Fahrzeugs angeordnet, wobei die Sitzanlage wenigstens einen Sitzplatz für einen Insassen des Fahrzeugs bereitstellt. Bei dem Insassen handelt es sich beispielsweise um den Fahrer des Fahrzeugs.
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Das Fahrzeug umfasst ein Bordnetz 12 zum Versorgen von elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom. Ferner umfasst das Fahrzeug einen Antriebsstrang 14 zum Antreiben des Fahrzeugs. Der Antriebsstrang 14 umfasst beispielsweise wenigstens eine elektrische Maschine, welche beispielsweise als Startergenerator (SG), insbesondere als integrierter Startergenerator (ISG), ausgebildet ist. Die elektrische Maschine ist beispielsweise in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar. Um die elektrische Maschine in ihrem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgt. Dabei wird die elektrische Maschine über das Bordnetz 12 mit elektrischer Energie versorgt, sodass es sich bei der elektrischen Maschine, insbesondere bei dem Startergenerator, um einen der zuvor genannten elektrischen Verbraucher handelt, welche über das Bordnetz 12 mit elektrischer Energie versorgbar sind.
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Beispielsweise umfasst der Antriebsstrang 14 einen in der Fig. nicht näher dargestellten Verbrennungsmotor zum Antreiben des Fahrzeugs. Mittels des integrierten Startergenerators kann der Verbrennungsmotor beispielsweise angelassen, das heißt gestartet werden. Hierzu wird die elektrische Maschine in ihrem Motorbetrieb betrieben.
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Dem Bordnetz 12 ist wenigstens ein zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeter Energiespeicher 16 zugeordnet, welcher auch als elektrischer Energiespeicher bezeichnet wird. Der Energiespeicher 16 ist beispielsweise eine Batterie, wobei das Bordnetz 12 mittels des Energiespeichers 16 mit der in dem Energiespeicher 16 gespeicherter elektrischer Energie versorgbar ist. Dadurch können die zuvor genannten elektrischen Verbraucher über das Bordnetz 12 mittels des Energiespeichers 16 mit in dem Energiespeicher 16 gespeicherter elektrischer Energie versorgt und dadurch betrieben werden.
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Darüber hinaus umfasst das Fahrzeug eine im Ganzen mit 18 bezeichnete Klimatisierungseinrichtung zum Temperieren zumindest des Innenraums 10 des Fahrzeugs. Zum Temperieren des Innenraums 10 umfasst die Klimatisierungseinrichtung 18 ein sogenanntes Klimagerät 20, welches ein Gebläse 22 zum Fördern von Luft in den Innenraum 10 umfasst. Das Gebläse 22 umfasst wenigstens ein in der Fig. nicht näher dargestelltes Laufrad und wenigstens einen in der Fig. nicht näher dargestellten Elektromotor, mittels welchem das Laufrad antreibbar ist. Durch Antreiben des Laufrads wird mittels des Laufrads Luft aus der Umgebung des Fahrzeugs angesaugt und – wie in der Fig. durch Pfeile 24 und 26 veranschaulicht ist – in den Innenraum 10 gefördert. Die Klimatisierungseinrichtung 18 ist beispielsweise ein weiterer der elektrischen Verbraucher und somit beispielsweise über das Bordnetz 12 mit in dem Energiespeicher 16 gespeicherter elektrischer Energie versorgbar und dadurch betreibbar.
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Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird die mittels des Klimageräts 20, insbesondere mittels des Gebläses 22, geförderte Luft mittels der Klimatisierungseinrichtung 18 temperiert, das heißt gekühlt und/oder erwärmt, sodass die temperierte beziehungsweise klimatisierte Luft dem Innenraum 10 zugeführt werden kann, das heißt in den Innenraum einströmen kann. Dadurch wird der Innenraum 10 mit der temperierten beziehungsweise klimatisierten Luft versorgt, wodurch der Innenraum 10 temperiert wird. Dadurch können besonders angenehme Bedingungen in dem Innenraum 10 eingestellt werden, sodass sich ein besonders hoher Fahrkomfort für die sich im Innenraum 10 aufhaltenden Insassen realisieren lässt. Durch den Pfeil 24 ist veranschaulicht, dass der Innenraum 10 mittels der Klimatisierungseinrichtung 18 mit mittels der Klimatisierungseinrichtung 18 erwärmter Luft versorgt werden kann. Durch den Pfeil 26 ist veranschaulicht, dass der Innenraum 10 mittels der Klimatisierungseinrichtung 18 mit mittels der Klimatisierungseinrichtung 18 gekühlter Luft versorgt werden kann. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Innenraum 10 im Sommer, das heißt im Sommerfall beziehungsweise bei hohen Außentemperaturen zu kühlen und im Winter, das heißt im Winterfall beziehungsweise bei geringen Außentemperaturen zu beheizen.
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Um nun einen besonders effizienten Betrieb des Fahrzeugs, insbesondere ein besonders effizientes Energiemanagement des Fahrzeugs, zu realisieren, ist der Klimatisierungseinrichtung 18 wenigstens ein von dem Energiespeicher 16 unterschiedlicher, zusätzlich zu dem Energiespeicher 16 vorgesehener weiterer Energiespeicher 28 zugeordnet, welcher zum Speicher von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildet ist. Mittels des weiteren Energiespeichers 28, welcher auch als elektrischer Energiespeicher bezeichnet wird und beispielsweise als Batterie ausgebildet ist, ist die Klimatisierungseinrichtung 18 mit in dem weiteren Energiespeicher 28 gespeicherter elektrischer Energie versorgbar, sodass die Klimatisierungseinrichtung 18, insbesondere wenigstens ein elektrisch betreibbares Bauelement der Klimatisierungseinrichtung 18, mit der in dem weiteren elektrischen Energiespeicher 28 gespeicherter elektrischer Energie versorgt und dadurch betrieben werden kann. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der weitere Energiespeicher 28 dazu ausgebildet ist, ausschließlich die Klimatisierungseinrichtung 18, jedoch keine weiteren elektrischen Verbraucher, insbesondere nicht den Antriebsstrang 14, mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Die Luft beziehungsweise ein Luftstrom, welche beziehungsweise welcher mittels des Gebläses 22 angesaugt und in den Innenraum 10 gefördert wird, ist in der Fig. durch einen Pfeil 30 veranschaulicht. Dies bedeutet, dass der Pfeil 30 einen Massenstrom mL_AU der Luft veranschaulicht, welche mittels des Gebläses 22 gefördert wird.
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Das Klimagerät 20 weist wenigstens ein elektrisches Heizelement 32 auf, welches auch als elektrischer Heizer bezeichnet wird. Beispielsweise ist das elektrische Heizelement 32 als PTC-Element (PTC – Positive Temperature Coefficient) ausgebildet, wobei das elektrische Heizelement 32 mittels des weiteren Energiespeichers 28 mit in dem weiteren Energiespeicher 28 gespeicherter elektrischer Energie versorgbar und dadurch betreibbar ist. Mittels des elektrischen Heizelements 32 kann die mittels des Gebläses 22 geförderte Luft erwärmt werden. Der Klimatisierungseinrichtung 18, insbesondere dem Klimagerät 20, ist eine elektronische Recheneinrichtung zugeordnet, welche als Steuergerät oder Klimasteuergerät 34 bezeichnet wird. Mittels des Klimasteuergeräts 34 wird das Klimagerät 20 angesteuert, sodass das Klimagerät mittels des Klimasteuergeräts 34 betrieben, das heißt gesteuert oder geregelt wird. Ferner ist eine Sensorik 36 vorgesehen, mittels welcher beispielsweise eine in dem Innenraum 10 herrschende Temperatur erfasst wird. Zwischen der Sensorik 36 und dem Klimasteuergerät 34 erfolgt ein Datenaustausch, sodass beispielsweise die Sensorik 36 wenigstens ein die mittels der Sensorik 36 erfasste Temperatur charakterisierendes Signal bereitgestellt. Dieses Signal wird an das Klimasteuergerät 34 übertragen und von dem Klimasteuergerät 34 empfangen, sodass beispielsweise das Klimagerät 20 beziehungsweise die Klimatisierungseinrichtung 18 mittels des Klimasteuergeräts 34 in Abhängigkeit von der mittels der Sensorik 36 erfassten Temperatur betrieben werden kann. Aus der Fig. ist erkennbar, dass auch das Klimasteuergerät 34 mittels des weiteren Energiespeichers 28 mit der in dem weiteren Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie versorgbar und dadurch betreibbar ist. Es ist möglich, dass Klimagerät 20, insbesondere das Heizelement 32, und/oder das Klimasteuergerät 34 mit in dem ersten Energiespeicher 16 gespeicherter Energie versorgt und dadurch betrieben werden können.
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Die Klimatisierungseinrichtung 18 umfasst ferner einen elektrischen Kältemittelverdichter 38, mittels welchem ein Kältemittel verdichtet werden kann. Der elektrische Kältemittelverdichter 38 wird auch als elektrisch betreibbarer Kältemittelverdichter bezeichnet und ist mittels des weiteren Energiespeichers 28 mit der in dem weiteren Energiespeicher 28 gespeicherten elektrischen Energie versorgbar und dadurch betreibbar. Dabei weist die Klimatisierungseinrichtung 18 einen von dem Kältemittel durchströmbaren Kältekreislauf 40 auf, in welchem der elektrische Kältemittelverdichter 38 angeordnet ist. Dabei veranschaulichen Pfeile 42 die Strömung des Kältemittels im Sommerfall, wobei Pfeile 44 die Strömung des Kältemittels im Winterfall veranschaulichen. Im Sommerfall wird der Kältekreislauf 40 zum einen zur Kühlung und Trocknung der dem Innenraum 10 zuzuführenden Luft genutzt. Zum anderen kann der Kältekreislauf 40 beziehungsweise das den Kältekreislauf 40 durchströmende Kältemittel – insbesondere bei hohen Außentemperaturen – zur Kühlung des Energiespeichers 16 genutzt. Pfeile 46 und 47 veranschaulichen eine Strömung beziehungsweise einen Fluss von Kühlmittel zum Kühlen des Energiespeichers 16, wobei die gestrichelten Pfeile 48 einen optionalen Fluss des Kühlmittels veranschaulichen.
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Die Pfeile 48 veranschaulichen insbesondere, dass auch wenigstens eine Komponente, insbesondere der Verbrennungsmotors, des Antriebsstrang 14, mittels des Kühlmittels temperiert, insbesondere gekühlt und/oder erwärmt, werden kann. Diese Temperierung der wenigstens einen Komponente des Antriebsstrangs 14 erfolgt über wenigstens ein Wärmeübergangselement 72, über welches das Kühlmittel Wärme mit der wenigstens einen Komponente austauschen kann.
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Durchgezogene Pfeile 50 veranschaulichen einen Stromfluss vom jeweiligen Energiespeicher 16 beziehungsweise 28 zu einem jeweiligen elektrischen Verbraucher beziehungsweise umgekehrt, wobei gestrichelte Pfeile 52 einen optionalen Stromfluss veranschaulichen. Insbesondere ist erkennbar, dass die zuvor genannte elektrische Maschine des Antriebsstrangs 14 auch als Generator beziehungsweise in einem Generatorbetrieb betrieben werden kann. Im Generatorbetrieb kann beispielsweise kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie mittels der elektrischen Maschine umgewandelt werden. Die elektrische Maschine ist somit beispielsweise Bestandteil einer Rekuperationseinrichtung, mittels welcher kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Die rekuperierte elektrische Energie kann beispielsweise dem Energiespeicher 16 und/oder dem Energiespeicher 28 zugeführt und in dem Energiespeicher 16 beziehungsweise 28 gespeichert werden. Durch Betreiben des Kältemittelverdichters 38 wird das Kältemittel verdichtet. Mittels eines in dem Kältekreislauf 40 angeordneten und beispielsweise als Kondensator oder Gaskühler fungierenden Wärmetauschers 54 wird das verdichtete Kältemittel kondensiert. In dem Kältekreislauf 40 sind Expansionsorgane 56 und 58 angeordnet, mittels welchen das kondensierte Kältemittel expandiert werden kann.
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Nach dem Expansionsorgan 58 wird das expandierte Kältemittel einem Verdampfer 60 des Klimageräts 20 zugeführt. Mittels des Verdampfers 60 wird das Kältemittel verdampft. Dadurch kann das Kältemittel Wärme von der mittels des Gebläses 22 geförderten Luft aufnehmen, wodurch die Luft gekühlt wird.
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In dem Kältekreislauf 40 ist ferner ein innerer Wärmetauscher 62 angeordnet, welchem das Kältemittel vom Wärmetauscher 54 und von dem Verdampfer 60 kommend zugeführt wird. Mittels des inneren Wärmetauschers 62 erfolgt beispielsweise ein Wärmeübergang von dem von dem Verdampfer 60 kommenden Kältemittel an das von dem Wärmetauscher 54 kommende Kältemittel. Das Kältemittel vom Expansionsorgan 56 wird beispielsweise einem Wärmetauscher 64 zugeführt, welcher beispielsweise als Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher ausgebildet ist. Über den Wärmetauscher 64 erfolgt ein Energieübertrag zwischen dem Kältekreislauf 40 und dem elektrischen Energiespeicher 16 beziehungsweise zwischen dem Kältekreislauf 40 und einem Kühlkreislauf 66, welcher von dem Kühlmittel durchströmbar ist, wobei der Energiespeicher 16 mittels des Kühlkreislaufs 66, insbesondere mittels des den Kühlkreislauf 66 durchströmenden Kühlmittels gekühlt, wird. Als das Kühlmittel zum Kühlen des Energiespeichers 16 wird beispielsweise eine Kühlflüssigkeit verwendet, welche als Wasser-Glykol-Mischung ausgebildet sein kann. Mittels des Wärmetauschers 64 kann ein Wärmeübergang von dem Kühlmittel an das Kältemittel erfolgen, wodurch das Kühlmittel gekühlt wird. Mittels des gekühlten Kühlmittels kann der Energiespeicher 16, insbesondere über ein in dem Kühlkreislauf 66 angeordnetes Wärmeübergangselement 68, gekühlt werden.
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Im Winterfall ergeben sich beispielsweise drei mögliche Arten, die Zufuhr von Warmluft in den Innenraum 10 sicherzustellen. Eine erste der möglichen Arten ist, die Luft mittels Abwärme des Verbrennungsmotors zu erwärmen und in Kaltstartphasen mittels eines elektrischen Heizregisters, insbesondere mittels des elektrischen Heizelements 32, zu erwärmen. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, insbesondere in Kaltstartphasen, den Kältekreislauf 40 in einer durch die Pfeile 44 veranschaulichten Wärmepumpenschaltung zu nutzen, um die Luft, insbesondere über den Wärmetauscher 69, zu erwärmen. Für den Wärmepumpenbetrieb beziehungsweise Wärmepumpenmodus findet ein Einspeisen der Wärme zwischen wenigstens einem Wärmetauscher des Kältekreislaufs 40 und eines Heizkreislaufs statt. Dies wird ebenfalls über ein Kühlmittel aus einer Wasser-Glykol-Mischung sichergestellt. Die dritte Art ist, die dem Innenraum 10 zuzuführende Luft mittels des elektrischen Heizelements 32 zu erwärmen.
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Ferner ist das von dem Kühlmittel umströmbare und/oder durchströmbare Wärmeübergangselement 72 vorgesehen, über welches beispielsweise ein Wärmeaustausch zwischen dem den Kühlkreislauf 66 durchströmenden Kühlmittel und dem Antriebsstrang 14, insbesondere dem Verbrennungsmotor, erfolgen kann. Dabei ist optional eine Vorkonditionierung des Verbrennungsmotors (wenigstens eine Komponente des Antriebsstrangs 14) im Falle eines Kaltstarts durch den Kältekreislauf 40 im Wärmepumpenmodus über das Wärmeübergangselement 72 möglich, wobei der Verbrennungsmotor erwärmt wird. Ferner ist in dem Wärmepumpenmodus über das Wärmeübergangselement 68 der Energiespeicher 16 vorkonditioinierbar und dabei erwärmbar.
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Das Klimagerät 20 umfasst ferner einen von dem Kühlmittel durchströmbaren Wärmetauscher 69, über welchen beispielsweise ein Wärmeübergang von dem Kühlmittel an die dem Innenraum 10 zuzuführende Luft erfolgen kann, wodurch die dem Innenraum 10 zuzuführende Luft erwärmt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass über den Wärmetauscher 69 ein Wärmeübergang von der dem Innenraum zuzuführenden Luft an das den Kühlkreislauf 66 durchströmende Kühlmittel erfolgt, wodurch die dem Innenraum 10 zuzuführende Luft gekühlt und das Kühlmittel erwärmt wird, wodurch der Energiespeicher 16 beispielsweise erwärmt werden kann. Die Stromversorgung der Bauteile Klimasteuergerät 34, Gebläse 22, elektrisches Heizelement 32 und elektrischer Kältemittelverdichter 38 erfolgt nicht oder nicht nur über den Energiespeicher 16 des Antriebsstrangs 14, sondern alleinig oder zusätzlich über den Energiespeicher 28. Bei länger andauernden Fahrzyklen ist jedoch ein Versorgen des Systems durch den beispielsweise als Hauptbatterie ausgebildeten Energiespeicher 16 vorteilhaft. Dies gilt jedoch nur für den Fahrbetrieb. Mit 70 sind weitere elektrische Verbraucher bezeichnet, welche über das Bordnetz 12 mit in dem Energiespeicher 16 gespeicherter elektrischer Energie versorgbar und dadurch betreibbar sind. Für Stopp-Phasen stellt ein beispielsweise durch ein Steuergerät realisiertes Energiemanagement sicher, dass der weitere Energiespeicher 28 zur Klimatisierung eine ausreichende Ladung aufweist. Ein zusätzlicher Energieaufwand zur Kühlung des spezifischen Speichermediums soll hierbei vermieden werden. Der beispielsweise als Batterie ausgebildete, weitere Energiespeicher 28 kann über Bewegungsenergie des Fahrzeugs durch Rekuperation mit elektrischer Energie versorgt werden. Es ist möglich, durch eine bedarfsgerechte Nutzung der Energie des zusätzlichen Energiespeichers 28 den thermischen Insassenkomfort während der Fahrt- und Haltephasen darzustellen. Optional ist eine thermische Vorkonditionierung der Fahrgastzelle nach einem mehrstündigen Abstellen des Fahrzeugs möglich.
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Insgesamt ergeben sich folgende Vorteile: Der Gesamtdeckungsgrad des Energiemanagements wird durch die zusätzliche Speicherung der Rekuperationsenergie in dem Energiespeicher 28 erhöht. Durch die Überbrückung der Abschaltung des Kreislaufs in Start-Stopp-Phasen wird ein Ansteigen der Verdampfertemperatur verhindert, was energetische Vorteile haben kann und gleichzeitig den thermischen Komfort der Insassen erhöht. Durch ein Vorkonditionieren nach langen Stopp-Phasen wird der Energiebedarf für ein Cool-down (Herunterkühlen im Sommerfall) und Aufheizen (im Winterfall) in der Fahrphase reduziert (Reduzierung der Maschinengröße möglich). Durch einen Betrieb des Systems im Winterfall als Wärmepumpe kann die zusätzlich gespeicherte Energie genutzt werden, um im Falle eines Kaltstarts den Verbrennungsmotor so vorzukonditionieren, um den realen Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß zu verringern. Durch die zusätzliche Batterie in Form des Energiespeichers 28 wird für das Bordnetz 12 und die Klimatisierungseinrichtung 18 je ein Energiespeicher verwendet, dessen Auslegung an das jeweilige Anforderungsprofil angepasst ist. Bei gleichbleibendem Gesamtsystem wird der Verbrauch reduziert und der thermische Komfort erhöht. Durch die Abkapselung des Energiespeichers 28 von der Fahraufgabe kann der bestehende spezifische Bauraum im Fahrzeug ausschließlich zur Vergrößerung der Reichweite verwendet werden. Vorteile einer dezentralen Batterieanordnung ergeben sich auch nach strukturellen-, fahrdynamischen- und Betriebsfestigkeitsgründen. Der Freiheitsgrad der Anordnung, insbesondere in thermischer Sicht, kann genutzt werden, um eine indirekte Kühlung der Batterie sicherzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012024080 A1 [0004]
