-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung zur Kühlung eines Kondensators einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Kühlvorrichtung zur automatischen Ausführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
-
Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik sind als Elektrofahrzeuge ausgebildete Kraftfahrzeuge bekannt („Battery Electric Vehicle“, BEV), deren Antrieb einen elektrischen Antriebsstrang mit einem Elektromotor beinhaltet, der mittels eines durch eine elektrische Energiequelle erzeugten elektrischen Stromes betreibbar ist. Die elektrische Energiequelle kann als elektrochemischer Energiespeicher bzw. Energiewandler beispielsweise als zumindest ein wiederaufladbarer Akkumulator, oftmals etwas ungenau auch als Traktionsbatterie bezeichnet, oder als Brennstoffzellenstapel („stack“) ausgebildet sein. Trotz eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades der elektrischen Energiequellen ist bei der Abnahme hoher elektrischer Antriebsleistungen eine beträchtliche Abwärme von der elektrischen Energiequelle abzuführen.
-
Ferner ist in der Kraftfahrzeugtechnik die Verwendung von HLK (Heizung, Lüftung, Klima)-Systemen mit Klimaanlagen zur Erhöhung eines Komforts der Fahrzeuginsassen weit verbreitet. Die Klimaanlagen beinhalten in der Regel einen Kompressor zur Verdichtung eines Kältemittels, einen Verdampfer sowie einen Kondensator (Kühler). An dem Verdampfer, der als Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher ausgebildet und oftmals hinter der Instrumententafel des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wird Kondensat aus dem Wasserdampf der abzukühlenden Luft abgeschieden.
-
Insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen kann die elektrische Energiequelle mit kaltem Kältemittel aus einer Klimaanlage unter ihrer Temperaturobergrenze gehalten werden, die beispielsweise bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren etwa 45-55°C beträgt. Dies kann beispielsweise direkt durch einen Durchfluss von Kältemittel durch Kühlplatten bewirkt werden, die um die Batteriezellen herum angeordnet sind. Alternativ kann die Kühlung auch indirekt durch Abkühlen eines Wasser-Glykol-Kreislaufs über einen Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher (Kühler) erfolgen. Das Wasser-Glykol-Gemisch fließt dann durch die Kühlplatten in der Nähe der Batteriezellen. In beiden Fällen muss die Klimaanlage im Vergleich zu konventionellen Kraftfahrzeugen ohne große Antriebsbatterie eine zusätzliche Last bewältigen, was zu Schwierigkeiten dabei führen kann, bei hohen Außentemperaturen eine ausreichende Klimakühlleistung für einen Fahrgastinnenraum des Kraftfahrzeugs aufrechtzuerhalten. Dies gilt insbesondere für Fahrgasttransportsysteme („Peoplemover“), die besondere Kühlanforderungen für die Passagierkabine haben.
-
Es ist daher im Stand der Technik vorgeschlagen worden, das während des Betriebs der Klimaanlage durch Kondensation am Verdampfer entstehende flüssige Wasser zur Kühlung zu verwenden.
-
Beispielsweise ist aus der
US 4,494,384 A eine Vorrichtung zur Verbesserung der Leistung eines Fahrzeugklimaanlagensystems bekannt. Die Klimaanlage beinhaltet einen Kondensator und einen Verdampfer, wobei der Verdampfer einen damit verbundenen Abfluss zum Ablassen des daraus gesammelten Kondensats aufweist.
-
Die Anordnung enthält in Kombination:
- (a) einen länglichen Zylinder mit einem definierten oberen Abschnitt mit einem Wasserkondensateinlass in einem oberen Abschnitt, wobei der Einlass ein mit dem Verdampferablauf verbundenes Rohr enthält; Halterungen, die den Zylinder mit der Vorderseite des Fahrzeugs in einer Höhe unterhalb des Niveaus des Verdampferablaufs verbinden, wobei der längliche Zylinder eine geringere Länge als die Breite des Fahrzeugs hat;
- (b) Lufteinlasseinheiten, einschließlich Rohre mit einer aufgeweiteten Einlassöffnung, die so angeordnet ist, dass sie einströmende Luft aufnimmt, wenn sich das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung bewegt, wobei sich die Lufteinlasseinheiten aus dem oberen Zylinderabschnitt heraus erstrecken; und
- (c) Sprüheinheiten, die sich aus dem Zylinder heraus erstrecken, wobei die Sprühköpfe dem Kondensator zugewandt sind, wobei Kondensat aus dem Verdampferablauf der Fahrzeugklimaanlage durch den Einlass in den Zylinder eintritt, während Außenluft durch die Lufteinlasseinheiten in den Zylinder eintritt, so dass die Luft das Kondensat im Zylinder aus den Sprüheinheiten auf den Kondensator der Klimaanlage treibt, um das Freon® darin zu kühlen.
-
Sobald gesprühtes Kondensat aus dem Vorratsbehälter gedrückt wird, leiten der Luftstrom aus der Vorwärtsbewegung und der Luftstrom, der vom Kühlerlüfter des Fahrzeugkühlers erzeugt wird, das gesprühte Kondensat in den Kondensator der Fahrzeugklimaanlage. Das Kondensat unterstützt dann den Kondensator beim Abführen von Wärme aus dem zirkulierenden Freon® und sendet ein wesentlich kühleres Freon® zurück in den Kompressor der Fahrzeugklimaanlage. In geeigneten Anordnungen kann eine kleine Menge des gesprühten Kondensats durch den Kondensator strömen und hilft dann dem Fahrzeugkühler, dem durch den Kühler zirkulierenden heißen Wasser Wärme zu entziehen. Freon ® ist der Markenname von Chemours (früher DuPont) für ein Kältemittel.
-
In einer Gruppe von weiteren im Stand der Technik bekannten Lösungen wird das während des Betriebs der Klimaanlage durch Kondensation am Verdampfer entstehende flüssige Wasser gesammelt und auf den Kondensator der Klimaanlage gesprüht.
-
So schlägt etwa die
CN 106739957 B eine Kraftfahrzeugklimaanlage vor, die für große Umgebungstemperaturunterschiede geeignet ist. Die Kraftfahrzeugklimaanlage beinhaltet eine Kühleinheit, eine Hilfskühleinheit und eine Kondensatsammeleinheit. Ein erstes Steuerventil der Hilfskühleinheit ist mit einem ersten Eingangsende eines Unterkühlers der Kühleinheit verbunden, und ein Hilfsdrosselventil der Hilfskühleinheit ist mit einem zweiten Eingangsende des Unterkühlers verbunden. Ein zweites Ausgangsende des Unterkühlers ist in zwei Pfade unterteilt, wobei ein Pfad mit einer Eingangsleitung eines Kondensators der Kühleinheit und der andere Pfad mit einer Ausgangsleitung eines Verdampfers des Unterkühlers verbunden ist. Die Kondensatsammeleinheit ist über eine Kondensatleitung mit einem Verdampferwasserauslass der Kühleinheit verbunden. Das Ausgangsende der Kondensatleitung ist in zwei Pfade unterteilt. Ein Pfad ist über ein drittes Steuerventil mit einem Abflussrohr verbunden. Der andere Pfad ist über eine Kondensatpumpe und ein Einwegventil mit einer Kondensatdüse oberhalb des Kondensators und auf diesen gerichtet verbunden, wodurch ein Zerstäubungs-Sprühuntersystem für das Kondensat gebildet wird.
-
Bei fahrendem Fahrzeug wird die Kraftfahrzeugklimaanlage in Abhängigkeit von einem Temperatursensor für den Betrieb in einer Umgebung mit ultrahoher Temperatur (oberhalb von 43°C) bzw. für die Umgebung mit mittlerer bis hoher Temperatur (35°C bis 43°C) gestartet, um eine Kältemittelkühlung zu erreichen. Gleichzeitig wird das Zerstäubungs-Sprühuntersystem für die Zerstäubung von Kondenswasser benutzt.
-
Ferner ist aus der
US 2010/0307176 A1 ein HLK (Heizung, Lüftung, Klima)-System zur Verwendung in einem Fahrzeug bekannt. Das HLK-System beinhaltet: einen Verdampfer; einen Kältemittelkompressor, der dazu vorgesehen ist, ein Kältemittel vom Verdampfer aufzunehmen und das Kältemittel zu komprimieren; einen Kondensator, der dazu vorgesehen ist, das Kältemittel vom Kompressor aufzunehmen, und der Rippen aufweist, durch die Luft hindurchströmt, um Wärme von einem durch den Kondensator fließenden Kältemittel abzuleiten; eine Expansionsvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, das Kältemittel vom Kondensator aufzunehmen und zum Verdampfer zu leiten; einen Wassertank, der dazu vorgesehen ist, Wasser darin aufzunehmen und zu speichern; eine Wassersprühpumpe, die dazu vorgesehen ist, Wasser aus dem Wassertank aufzunehmen; und eine Düse, die dazu vorgesehen ist, Wasser von der Wassersprühpumpe aufzunehmen, wobei die Düse neben dem Kondensator angeordnet und so ausgerichtet ist, dass sie Wasser auf die Rippen des Kondensators sprüht.
-
Das Verfahren kann ein Aktivieren der Wassersprühpumpe beinhalten, wenn eine für einen Fahrgastraum des Fahrzeugs erforderliche Kühlmenge über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, und ein Deaktivieren der Wassersprühpumpe, wenn die erforderliche Kühlmenge unter dem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
-
Eine Spitzenbelastung kann für einen kurzen Zeitraum durch Wasserverdampfung am Kondensator ermöglicht werden. Darüber hinaus kann gekühltes Wasser, das sonst auf den Boden abgelassen würde, zur Kühlung verwendet werden.
-
Weiterhin schlägt die
EP 3 486 592 A1 ein Verfahren zum Kühlen eines Kondensators einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug vor, wobei das Kühlverfahren einen Schritt des Aufsprühens von Wasser auf den Kondensator über eine Kühlvorrichtung der Klimaanlage beinhaltet. Die Kühlvorrichtung enthält einen Wasserversorgungskreis, an den eine Wasserpumpe angeschlossen ist, die dazu bestimmt ist, eine Einspritzeinrichtung mit Wasser zu versorgen, um Wasser auf den Kondensator zu sprühen. Zusätzlich wird die Wasserpumpe durch Steuerungsmittel der Kühlvorrichtung aktiviert, und die Aktivierung der Wasserpumpe erfolgt in Abhängigkeit von der Außentemperatur. Eine Reihenfolge von Sprüh- und Stoppsequenzen der Einspritzeinrichtung kann in Abhängigkeit von der Außentemperatur und/oder der Luftfeuchtigkeit definiert und geändert werden. Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens kann ein Gesamtverbrauch des Kraftfahrzeugs effektiv reduziert werden.
-
Das Sprühwasser kann in einem Speichertank gespeichert werden, wobei die Aktivierung der Wasserpumpe nur durchgeführt wird, wenn der Wasserstand im Tank zwischen einem minimalen Schwellenwert und einem maximalen Schwellenwert liegt.
-
Im Stand der Technik sind auch andere Wege bekannt, um das während des Betriebs der Klimaanlage durch Kondensation am Verdampfer entstehende flüssige Wasser zur Kühlung zu verwenden.
-
Beispielsweise beschreibt die
CN 110224201 A ein Leistungsbatterie-Kühlsystem für ein von einem Elektrobus gebildeten Elektrofahrzeug. Das Kühlsystem beinhaltet einen Klimaanlagenverdampfer, einen Kühlmantel, einen Wassertank eines Batteriekühlwasser-Wärmetauschers und einen Kühlwasserkreislauf einer Leistungsbatterie. Ferner enthält der Kühlwasserkreislauf der Leistungsbatterie eine Umwälzpumpe, einen Kühlwassertank, eine an das Batteriekühlwasser thermisch gekoppelte Kühlplatte und mehrere Kühlwasserzirkulationszweige. Der Wassertank des Batteriekühlwasser-Wärmeaustauschers ist an den Leistungsbatterie-Kühlwasserkreislauf angeschlossen, und der Leistungsbatterie-Kühlwasserkreislauf bildet zusammen mit dem Wassertank des Batteriekühlwasser-Wärmeaustauschers und dem Klimaanlagenverdampfer einen luftgekühlten Wärmeaustauschkreislauf zur Batteriekühlung. Der Kühlmantel ist doppelwandig ausgebildet und weist ein Innenrohr für Kühlwasser und ein Außenrohr für Kühlwasser auf. Das äußere Rohr für das Kühlwasser ist mit einem Ende des Kondensatausgangs des Verdampfers der Klimaanlage verbunden. Der Leistungsbatterie-Kühlwasserkreislauf steht in Verbindung mit dem Innenrohr für das Kühlwasser. Der Verdampfer der Klimaanlage, der Leistungsbatterie-Kühlwasserkreislauf und der Kühlmantel bilden einen Wasserkühlungs-Wärmeaustauschkreislauf für das Batteriekühlwasser. Die Lösung verwendet das ursprüngliche Kondensat der Klimaanlage, das direkt abgelassen wird, um das Batteriekühlwasser zu kühlen.
-
Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet der Bereich der Vorrichtungen und Verfahren zur Verwendung von während des Betriebs einer Klimaanlage, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, durch Kondensation an einem Verdampfer der Klimaanlage entstehende flüssige Wasser zur Kühlung noch Raum für Verbesserungen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem bei einem Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage, insbesondere einem Elektrofahrzeug mit einer Antriebsbatterie als elektrischer Energiequelle, während des Betriebs der Klimaanlage durch Kondensation an einem Verdampfer der Klimaanlage entstehendes flüssiges Wasser besonders effektiv zur Kühlung verwendet werden kann, um einen Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs, insbesondere Elektrofahrzeugs, zu verbessern und/oder eine Kühlleistung der Klimaanlage möglichst wenig zu beeinträchtigen.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch eine Kühlvorrichtung gemäß Anspruch 8 und durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die abhängigen Unteransprüche.
-
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer Kühlvorrichtung zur Kühlung eines Kondensators einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Die Kühlvorrichtung beinhaltet zumindest einen Wassertank zur Aufnahme von durch Kondensation an einem Verdampfer der Klimaanlage entstehendem flüssigem Wasser, eine Wasserpumpe und eine auf den Kondensator gerichtete Sprühvorrichtung. Dabei ist die Wasserpumpe zwischen dem Wassertank und der Sprühvorrichtung angeordnet und mit diesen fluidtechnisch verbunden. Bevorzugt ist die Wasserpumpe als elektrische Wasserpumpe ausgebildet.
-
Das Verfahren enthält zumindest folgende Schritte:
- - Ermitteln von aktuellen Werten einer Vielzahl von Statusparametern bezüglich des Kraftfahrzeugs, der Klimaanlage und der Kühlvorrichtung,
- - Berechnen einer logischen Prioritätsfunktion, die zumindest eine Bedingung in Bezug auf den aktuellen Wert zumindest eines ermittelten Statusparameters enthält,
- - Berechnen von Werten einer Leistungs-Zielfunktion, die zumindest die aktuellen Werte einer Anzahl der Vielzahl der ermittelten Statusparameter verknüpft, mit und ohne Kühlung des Kondensators durch Sprühen von Kondensat, und
- - Ansteuern der Wasserpumpe in Abhängigkeit eines ermittelten aktuellen Wertes zumindest eines der Statusparameter und von Ergebnissen der logischen Prioritätsfunktion und der Leistungs-Zielfunktion.
-
Unter dem Begriff „Vielzahl“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere eine Anzahl von zumindest zwei verstanden werden.
-
Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens kann in geeigneten Ausführungsformen eine Betriebsweise für die Kühlvorrichtung umgesetzt werden, die es erlaubt, Situationen mit einer Anforderung der gesamten Kühlkapazität der Klimaanlage zur Kühlung eines Fahrgastinnenraumes des Kraftfahrzeugs gerecht zu werden und in Situationen mit einer geringeren Anforderung hinsichtlich einer Kühlkapazität das an dem Verdampfer der Klimaanlage entstehende flüssige Wasser in einer Weise zur Kühlung zu verwenden, die in einer ganzheitlichen Betrachtung zu einem optimierten Wirkungsgrad für den Betrieb des Kraftfahrzeugs führen kann. Insbesondere kann im Falle eines als Elektrofahrzeug mit Antriebsbatterie ausgebildeten Kraftfahrzeugs erreicht werden, dass die nominelle Kühlkapazität der Klimaanlage trotz einer möglichen Kühlung der Antriebsbatterie des Kraftfahrzeugs unbeeinträchtigt bleibt.
-
Die logische Prioritätsfunktion kann dabei dazu verwendet werden, aktuelle Werte von Statusparametern zu erkennen, die ein sofortiges Ansteuern der Wasserpumpe erfordern oder die im umgekehrten Fall ein Ansteuern der Wasserpumpe energetisch oder verfahrenstechnisch ungünstig erscheinen lassen, so dass ein Ansteuern der Wasserpumpe besser unterbleiben sollte.
-
Das Ansteuern der Wasserpumpe in Abhängigkeit eines Ergebnisses der Leistungs-Zielfunktion kann ferner dazu verwendet werden, einen Gesamtwirkungsgrad einer Anordnung aus Klimaanlage und Kühlvorrichtung zur Kühlung des Kondensators der Klimaanlage und ggfs. einem Anteil der Antriebsleistung des Kraftfahrzeugs zur Kompensation eines erhöhten Luftwiderstands zu optimieren.
-
In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens ist die Vielzahl von Statusparametern aus einer Gruppe gewählt, die eine Anzahl von Fahrzeuginsassen, eine Außentemperatur, eine Außenfeuchtigkeit, eine aktuelle Änderungsrate des am Verdampfer entstehenden flüssigen Wassers, eine angeforderte Solltemperatur eines Fahrgastinnenraums, eine Differenz zwischen einer aktuellen Temperatur und einer angeforderten Temperatur des Fahrgastinnenraums, einen Systemdruck in einem Kompressor der Klimaanlage, eine Kühlmitteltemperatur im Verdampfer der Klimaanlage, einen Leistungsverbrauch der Klimaanlage, einen Leistungsverbrauch der Wasserpumpe, eine Leistung eines den Kondensator mit Außenluft versorgenden Lüfters, eine Temperatur einer Antriebsbatterie, einen aktuellen Füllstand des Wassertanks, eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit und einen aktuellen Zustand eines aktiv steuerbaren Luftklappensystems an einem Kühlergrill beinhaltet. Die Statusparameter dieser Gruppe können einen großen Bereich von Situationen erfassen, die zu einer Anforderung der gesamten Kühlkapazität der Klimaanlage zur Kühlung eines Fahrgastinnenraumes des Kraftfahrzeugs führen können. Zudem können mit den Statusparametern dieser Gruppe viele Auslegungsmöglichkeiten ermöglicht werden, die zur Optimierung eines Gesamtwirkungsgrades einer Anordnung aus Klimaanlage und Kühlvorrichtung zur Kühlung des Kondensators der Klimaanlage und ggfs. einem Anteil der Antriebsleistung des Kraftfahrzeugs zur Kompensation eines erhöhten Luftwiderstands dienen können.
-
Bevorzugt sind die Statusparameter der Anzahl der in der Leistungs-Zielfunktion verknüpften aktuellen Statusparameter von Zahlenwerten für Leistungen gebildet, die eine Leistung eines den Kondensator mit Außenluft versorgenden Lüfters, eine Leistung des Kompressors der Klimaanlage, eine Leistung der Wasserpumpe und, falls vorhanden, einen Fahrleistungsanteil aufgrund einer Änderung des Luftwiderstandes durch ein aktiv steuerbares Luftklappensystem an einem Kühlergrill beinhalten. Auf diese Weise kann ein Gesamtenergieverbrauch der genannten Komponenten für den Fall minimiert werden, dass aufgrund der ermittelten aktuellen Werte von Statusparametern erkannt ist, dass ein sofortiges Ansteuern der Wasserpumpe unnötig ist.
-
In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens beinhaltet die zumindest eine Bedingung der logischen Prioritätsfunktion,
- - dass (A) eine Differenz zwischen einer aktuellen Temperatur und einer angeforderten Temperatur des Fahrgastinnenraums einen vorbestimmten Schwellenwert für die Temperaturdifferenz überschreitet, oder
- - dass (B) ein Systemdruck in einem Kompressor der Klimaanlage einen vorbestimmten Schwellenwert für den Systemdruck überschreitet, und
- - dass (C) ein aktueller Füllstand des Wassertanks einen vorbestimmten Schwellenwert für einen Mindestfüllstand überschreitet.
-
Dabei ist die logische Verknüpfung der drei genannten Bedingungen im Sinne des aussagenlogischen Ausdrucks (A ∨ B) ∧ C zu verstehen. Durch diese Ausführungsform der vorgeschlagenen, logischen Prioritätsfunktion kann rasch auf einen akuten Bedarf eines hohen Anteils der Kühlkapazität der Klimaanlage reagiert und zugleich ein verfahrenstechnisch ungünstiger Zustand für ein Ansteuern der Wasserpumpe verhindert werden.
-
Bevorzugt beinhaltet der Schritt des Ansteuerns der Wasserpumpe, dass eine Sprührate eingestellt ist, die
- - der aktuellen Änderungsrate des am Verdampfer entstehenden flüssigen Wassers, vergrößert um einen vorbestimmten ersten Korrekturbetrag, entspricht, wenn der aktuelle Füllstand des Wassertanks höher ist als ein vorbestimmter hoher Schwellenwert für den Füllstand,
- - der aktuellen Änderungsrate des am Verdampfer entstehenden flüssigen Wassers, vermindert um einen vorbestimmten zweiten Korrekturbetrag, entspricht, wenn der aktuelle Füllstand des Wassertanks niedriger ist als ein vorbestimmter niedriger Schwellenwert für den Füllstand, und
- - der aktuellen Änderungsrate des am Verdampfer entstehenden flüssigen Wassers entspricht, wenn der aktuelle Füllstand des Wassertanks niedriger als der vorbestimmte hohe Schwellenwert und höher als der vorbestimmte niedrige Schwellenwert für den Füllstand ist.
-
Auf diese Weise kann eine hohe zeitliche Verfügbarkeit der Kühlvorrichtung mit der Möglichkeit zur Kühlung des Kondensators der Klimaanlage erzielt werden.
-
Die in dieser Anmeldung verwendeten Begriffe „erster“, „zweiter“, usw. dienen nur zum Zwecke der Unterscheidung. Insbesondere soll durch ihre Verwendung keine Reihenfolge oder Priorität der im Zusammenhang mit diesen Begriffen genannten Objekte impliziert werden.
-
Wenn zumindest der vorbestimmte erste Korrekturbetrag oder zumindest der vorbestimmte zweite Korrekturbetrag in Abhängigkeit von zumindest einem Statusparameter der Vielzahl von aktuellen Statusparametern festgelegt ist, kann eine besonders flexible Anpassung der Sprührate zur Erzielung eines gleichmäßigen Füllstands des Wassertanks durch Ansteuern der Wasserpumpe erreicht werden.
-
In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens, in denen eine Sprührate um einen Korrekturbetrag vergrößert oder verringert werden kann, kann die Gruppe, aus der die Vielzahl von Statusparametern gewählt ist, zusätzlich eine Restfahrstrecke und eine zu erwartende Restfahrzeit beinhalten. Dabei weist das Verfahren den zusätzlichen Schritt auf, dass während der Restfahrstrecke zu erwartende Werte für eine Anzahl der Vielzahl von Statusparametern ermittelt werden. Ferner erfolgt der Schritt des Ansteuerns der Wasserpumpe in Abhängigkeit zumindest eines der ermittelten, zu erwartenden Werte für zumindest einen Statusparameter der Anzahl der Vielzahl von Statusparametern.
-
In diesen Ausführungsformen des Verfahrens können etwaige zu erwartende Spitzenbelastungen der Klimaanlage während einer geplanten Fahrt, beispielsweise durch längere Leerlaufphasen des Kraftfahrzeugs oder zu erwartende Verkehrsstaus, in das Ansteuern der Wasserpumpe einbezogen werden, so dass eine hohe zeitliche Verfügbarkeit der Kühlvorrichtung und insbesondere die Möglichkeit zur Kühlung des Kondensators der Klimaanlage bei Spitzenbelastungen gewährleistet werden kann.
-
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kühlvorrichtung zur Kühlung eines Kondensators einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Die Klimaanlage weist zumindest einen Kompressor, einen Verdampfer, einen Kondensator und eine vorbestimmte Menge von Kühlmittel auf. Die Kühlvorrichtung beinhaltet zumindest einen Wassertank zur Aufnahme von durch Kondensation an dem Verdampfer der Klimaanlage entstehendem flüssigem Wasser, eine Wasserpumpe und eine auf den Kondensator gerichtete Sprühvorrichtung, wobei die Wasserpumpe zwischen dem Wassertank und der Sprühvorrichtung angeordnet und mit diesen fluidtechnisch verbunden ist, sowie eine elektronische Steuerungseinheit. Dabei ist die elektronische Steuerungseinheit zur automatischen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen.
-
Unter dem Begriff „dazu vorgesehen“ soll im Sinne der Erfindung insbesondere speziell dafür programmiert, ausgelegt oder angeordnet verstanden werden.
-
Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile gelten in vollem Umfang auch für die vorgeschlagene Kühlvorrichtung.
-
In einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage zur Klimatisierung eines Fahrgastinnenraums des Kraftfahrzeugs vorschlagen, wobei die Klimaanlage zumindest einen Kompressor, einen Verdampfer, einen Kondensator und eine vorbestimmte Menge von Kühlmittel beinhaltet. Dabei ist das Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ausgestattet.
-
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kann ein Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs, insbesondere Elektrofahrzeugs, verbessert werden, ohne eine Kühlleistung der Klimaanlage zu beeinträchtigen.
-
Bevorzugt ist das mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ausgestattete Kraftfahrzeug als Elektrofahrzeug mit zumindest einer Antriebsbatterie als elektrischer Energiequelle ausgebildet. Dabei ist ein Teil einer Kühlkapazität der Klimaanlage zur Kühlung der Antriebsbatterie vorgesehen.
-
Unter einem „Kraftfahrzeug“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Kraftomnibus verstanden werden. Mit besonderem Vorteil kann die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung in einem als Kraftomnibus ausgebildeten Kraftfahrzeug mit zumindest einer Antriebsbatterie und einer Klimaanlage zur Klimatisierung eines Fahrgastinnenraums verwendet werden, das im Linienverkehr betrieben wird, so dass die Restfahrstrecken und zu erwartende Restfahrzeiten im Wesentlichen festliegen.
-
In bevorzugten Ausführungsformen weist das Kraftfahrzeug ein aktiv steuerbares Luftklappensystem („Active Grille Shutter“, AGS) auf, dass an bzw. hinter einem Kühlergrill des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Derartige Luftklappensysteme werden in der Kraftfahrzeugtechnik einerseits als Mittel zur Steuerung einer Zufuhr von kühlender Außenluft zur Abführung von Verlustwärme bzw. zur Verkürzung einer Aufwärmzeit, beispielsweise bei einem Verbrennungsmotor, eingesetzt, andererseits dienen sie bei hohen Geschwindigkeiten im geschlossenen Zustand auch zur Verbesserung des Luftwiderstandsbeiwerts, wodurch ein Energieverbrauch verringert werden kann.
-
Ein derartig ausgestattetes Kraftfahrzeug kann ein besonders hohes Potenzial zur Energieeinsparung durch Verwendung der Kühlvorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweisen. Sobald nämlich ein Betriebszustand des aktiv steuerbaren Luftklappensystems (AGS-System) größer als vollständig geschlossen ist, geht ein gewisses Maß an Luftwiderstandssparpotential verloren. Dadurch kann es bereits sinnvoll sein, Kondensat auf den Kondensator zu sprühen, wenn die Änderung des Betriebszustandes des AGS-Systems durch einen Kühlbedarf der Klimaanlage bedingt ist und ein Produkt aus der Verringerung der Luftwiderstandskraft und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist als die notwendige Leistung der Wasserpumpe zum Sprühen von Kondensat auf den Kondensator. Sobald das AGS-System sich in einem vollständig geöffneten Betriebszustand befindet und ein den Kondensator mit Außenluft versorgenden Lüfter eingeschaltet ist, ist es sinnvoll, die Kühlleistung durch Aufsprühen von Kondensat auf den Kondensator zu verbessern, wenn die Klimaanlage aktiviert ist und die eingesparte Lüfterleistung höher ist als ein Leistungsverbrauch der Wasserpumpe. Wenn das AGS-System vollständig geöffnet ist und der Lüfter in vielen Fällen läuft, ist der Bedarf an einer Kältekapazität der Klimaanlage bereits relativ hoch. In diesen Fällen verbessert eine zusätzliche Kühlleistung des Kondensators den messbaren Wirkungsgrad des Klimakreises und verringert somit den Stromverbrauch des Klimakompressors.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt
- 1 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Kühlvorrichtung zur Kühlung eines Kondensators einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs.
-
1 zeigt ein Flussdiagramm einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Kühlvorrichtung zur Kühlung eines Kondensators einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs.
-
Das Kraftfahrzeug kann als Elektrofahrzeug mit einer Vielzahl von Antriebsbatterien als elektrischen Energiequellen und insbesondere als Kraftomnibus ausgebildet sein. Das Kraftfahrzeug ist mit einer Klimaanlage zur Klimatisierung eines Fahrgastinnenraums des Kraftfahrzeugs ausgestattet. Die Klimaanlage beinhaltet einen Kompressor, einen Verdampfer, ein Drosselventil, einen Kondensator sowie eine vorbestimmte Menge von Kühlmittel, die durch den Betrieb des Kompressors durch geeignete, die Komponenten der Klimaanlage miteinander verbindende Mediumleitungen gefördert wird. Ein Teil einer Kühlkapazität der Klimaanlage ist zur Kühlung der Vielzahl von Antriebsbatterien vorgesehen.
-
Das Kraftfahrzeug ist ferner mit einem an sich bekannten, aktiv steuerbaren Luftklappensystem ausgerüstet, das an einem Kühlergrill des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
-
Das Kraftfahrzeug weist zudem eine Kühlvorrichtung zur Kühlung des Kondensators der Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs auf. Die Kühlvorrichtung beinhaltet einen Wassertank zur Aufnahme von durch Kondensation an einem Verdampfer der Klimaanlage entstehendem flüssigem Wasser, eine Wasserpumpe und eine auf den Kondensator gerichtete Sprühvorrichtung, wobei die Wasserpumpe zwischen dem Wassertank und der Sprühvorrichtung angeordnet und mit diesen fluidtechnisch verbunden ist. Die Wasserpumpe kann zweckmäßig als elektrische Wasserpumpe ausgebildet sein.
-
Diese Anordnung einer Klimaanlage und einer Kühlvorrichtung zur Kühlung des Kondensators der Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug ist an sich bekannt, und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.
-
Nachfolgend wird anhand eines Flussdiagramms, das in 1 gezeigt ist, eine mögliche erfindungsgemäße Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Kühlvorrichtung zur Kühlung des Kondensators der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs beschrieben.
-
Die Kühlvorrichtung weist eine elektronische Steuerungseinheit auf, die zur automatischen Durchführung des Verfahrens vorgesehen ist. Die elektronische Steuerungseinheit kann eine digitale Datenspeichereinheit und eine Prozessoreinheit mit Zugriff auf die digitale Datenspeichereinheit aufweisen. Die durchzuführenden Schritte des Verfahrens können in Form eines Softwaremoduls vorliegen, das in der digitalen Datenspeichereinheit abgelegt ist, wobei die im Softwaremodul hinterlegten Anweisungen von der Prozessoreinheit ausgeführt werden können.
-
In Vorbereitung einer Durchführung des Verfahrens wird unterstellt, dass alle beteiligten Vorrichtungen und Komponenten sich in einem betriebsbereiten Zustand befinden.
-
In Schritten 10, 12, 14, 16 des Verfahrens werden aktuelle Werte einer Vielzahl von Statusparametern bezüglich des Kraftfahrzeugs, der Klimaanlage und der Kühlvorrichtung ermittelt.
-
Die Vielzahl von Statusparametern ist aus einer Gruppe gewählt, die eine Anzahl von Fahrzeuginsassen, eine Restfahrstrecke, eine zu erwartende Restfahrzeit, eine Außentemperatur, eine Außenfeuchtigkeit, eine aktuelle Änderungsrate des am Verdampfer entstehenden flüssigen Wassers, eine angeforderte Solltemperatur eines Fahrgastinnenraums, eine Differenz zwischen einer aktuellen Temperatur und einer angeforderten Temperatur des Fahrgastinnenraums, einen Systemdruck in einem Kompressor der Klimaanlage, eine Kühlmitteltemperatur im Verdampfer der Klimaanlage, einen Leistungsverbrauch der Klimaanlage, einen Leistungsverbrauch der Wasserpumpe, eine Temperatur einer Antriebsbatterie, einen aktuellen Füllstand des Wassertanks, eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit und einen aktuellen Zustand des aktiv steuerbaren Luftklappensystems beinhaltet.
-
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine gewählte Anzahl der Vielzahl von Statusparametern gegeben durch eine Restfahrstrecke, eine zu erwartende Restfahrzeit, eine Außentemperatur, eine Außenfeuchtigkeit, eine aktuelle Änderungsrate des am Verdampfer entstehenden flüssigen Wassers, eine angeforderte Solltemperatur eines Fahrgastinnenraums, eine Differenz zwischen einer aktuellen Temperatur und einer angeforderten Temperatur des Fahrgastinnenraums, einen Systemdruck in einem Kompressor der Klimaanlage, einen Leistungsverbrauch der Klimaanlage, einen Leistungsverbrauch der Wasserpumpe, eine Temperatur der Vielzahl von Antriebsbatterien, einen aktuellen Füllstand des Wassertanks, eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit und ein aktueller Zustand des aktiv steuerbaren Luftklappensystems.
-
Ein Schritt 10 des Ermittelns der aktuellen Werte der gewählten Anzahl der Vielzahl von Statusparametern erfolgt, wie etwa im Fall der aktuellen Fahrgeschwindigkeit, durch Übertragen von kraftfahrzeugeigenen Steuergeräten. Ein Wert für den aktuellen Füllstand des Wassertanks wird in einem Schritt 12 des Verfahrens aus einem Signal eines für die Messung des Füllstands vorgesehenen Sensors ermittelt. Werte für eine Restfahrstrecke, eine Restfahrzeit, eine zu erwartende Verkehrssituation während der Restfahrstrecke und geplante Leerlaufzeiten werden von einer weiteren Steuereinheit, die ein Navigationssystem mit TMC-Funktion („Traffic Message Channel“) enthalten kann, in einem weiteren Schritt 14 übertragen. Aktuelle Werte weiterer Statusparameter der gewählten Anzahl der Vielzahl von Statusparametern, etwa für den Fall der aktuellen Änderungsrate des am Verdampfer entstehenden flüssigen Wassers, werden in einem weiteren Schritt 16 durch Berechnen aus Werten geeigneter Statusparameter ermittelt, die beispielsweise von kraftfahrzeugeigenen Steuergeräten übertragen wurden.
-
In einem weiteren Schritt 18 des Verfahrens werden während der Restfahrstrecke zu erwartende Werte für eine Anzahl der Vielzahl von Statusparametern ermittelt, insbesondere für die zu erwartende Änderungsrate des am Verdampfer entstehenden flüssigen Wassers und eine zu erwartende Differenz zwischen einer aktuellen Temperatur und einer angeforderten Temperatur des Fahrgastinnenraums.
-
In einem Schritt 20 des Verfahrens wird der Wert einer logischen Prioritätsfunktion berechnet. Die logische Prioritätsfunktion enthält zumindest eine Bedingung in Bezug auf den aktuellen Wert ermittelter Statusparameter. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann eine Bedingung beinhalten, dass eine Differenz zwischen einer aktuellen Temperatur und einer angeforderten Temperatur des Fahrgastinnenraums einen vorbestimmten Schwellenwert für die Temperaturdifferenz überschreitet. Die Bedingung ist mit einer weiteren Bedingung logisch verknüpft, die beinhalten kann, dass ein aktueller Füllstand des Wassertanks einen vorbestimmten Schwellenwert für einen Mindestfüllstand überschreitet. Der vorbestimmte Schwellenwert für den Mindestbestand kann beispielsweise bei 10% eines maximalen Füllstands des Wassertanks festgelegt sein.
-
Das Ergebnis der logischen Prioritätsfunktion wird in einem Abfrageschritt 22 mit den logischen Zuständen „Ja“ (YES) und „Nein“ (NO) verglichen. Wenn das Ergebnis der logischen Prioritätsfunktion der logische Zustand „Ja“ ist, wird in einem weiteren Schritt 32 in Abhängigkeit des ermittelten Ergebnisses der logischen Prioritätsfunktion und der aktuellen Werte der gewählten Anzahl der Vielzahl von Statusparametern eine Sprührate bestimmt, mit der der Kondensator der Klimaanlage mit Kondensat aus dem Wassertank besprüht werden soll. Das Bestimmen der Sprührate kann im Schritt 32 mittels einer geschlossenen Formel berechnet oder aus einer multi-dimensionalen Nachschlagstabelle („Look-Up Table“) ausgelesen werden.
-
Die anzuwendende Sprührate entspricht der aktuellen Änderungsrate des am Verdampfer entstehenden flüssigen Wassers, vergrößert um einen vorbestimmten ersten Korrekturbetrag, wenn der aktuelle Füllstand des Wassertanks höher ist als ein vorbestimmter hoher Schwellenwert für den Füllstand, der beispielsweise 60% des maximalen Füllstands des Wassertanks betragen kann. Die anzuwendende Sprührate entspricht der aktuellen Änderungsrate des am Verdampfer entstehenden flüssigen Wassers, vermindert um einen vorbestimmten zweiten Korrekturbetrag, wenn der aktuelle Füllstand des Wassertanks niedriger ist als ein vorbestimmter niedriger Schwellenwert für den Füllstand, der beispielsweise 20% des maximalen Füllstands des Wassertanks betragen kann. Die anzuwendende Sprührate entspricht der aktuellen Änderungsrate des am Verdampfer entstehenden flüssigen Wassers, wenn der aktuelle Füllstand des Wassertanks niedriger ist als der vorbestimmte hohe Schwellenwert und höher als der vorbestimmte niedrige Schwellenwert für den Füllstand.
-
Der erste Korrekturbetrag und der zweite Korrekturbetrag sind in Abhängigkeit von einem Statusparameter der Vielzahl von aktuellen Statusparametern festgelegt, der beispielsweise von einem aktuellen Wert der Restfahrstrecke gebildet sein kann.
-
In den Schritt 32 des Bestimmens der Sprührate gehen auch die im Schritt 18 ermittelten, während der Restfahrstrecke zu erwartenden Werte für die Änderungsrate des am Verdampfer entstehenden flüssigen Wassers und der zu erwartenden Differenz zwischen einer aktuellen Temperatur und einer angeforderten Temperatur des Fahrgastinnenraums ein. Sollte sich in einem Schritt 30 des Bewertens aus den ermittelten, während der Restfahrstrecke zu erwartenden Werte eine zu einem späteren Zeitpunkt zu erwartende hohe Anforderung an eine Kühlkapazität der Klimaanlage ergeben, kann die Sprührate zur Gewährleistung der Kühlfunktion der Kühlvorrichtung vermindert werden, beispielsweise um einen vorbestimmten Faktor.
-
In einem nächsten Schritt 34 wird dann die Wasserpumpe in entsprechender Weise angesteuert.
-
Wenn das Ergebnis der logischen Prioritätsfunktion der logische Zustand „Nein“ ist, werden in einem weiteren Schritt 24 Werte für Eingangsgrößen einer Leistungs-Zielfunktion berechnet. Aus diesen Werten für die Eingangsgrößen werden in einem weiteren Schritt 26 Werte der Leistungs-Zielfunktion mit und ohne Kühlung des Kondensators durch Sprühen von Kondensat berechnet. Die Leistungs-Zielfunktion kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einer Summe von Eingangsgrößen aus einer Leistung eines den Kondensator mit Außenluft versorgenden Lüfters, einer Leistung des Kompressors der Klimaanlage, einer Leistung der Wasserpumpe und einem Fahrleistungsanteil aufgrund einer Änderung des Luftwiderstandes durch das aktiv steuerbare Luftklappensystem am Kühlergrill gebildet sein.
-
Die Ergebnisse der Leistungs-Zielfunktion für die beiden Fälle werden in einem nächsten Schritt 28 verglichen. Wenn der berechnete Wert der Leistungs-Zielfunktion für den Fall der Kühlung des Kondensators durch Sprühen von Kondensat geringer ist als der berechnete Wert der Leistungs-Zielfunktion für den Fall ohne Kühlung des Kondensators durch Sprühen von Kondensat, wird die Wasserpumpe nach dem Schritt 32 der Einstellung der Sprührate in einem Schritt 34 in entsprechender Weise angesteuert, um den Kondensator über die Sprühvorrichtung mit Kondensat zu sprühen. Wenn der berechnete Wert der Leistungs-Zielfunktion für den Fall der Kühlung des Kondensators durch Sprühen von Kondensat mindestens so groß ist wie der berechnete Wert der Leistungs-Zielfunktion für den Fall ohne Kühlung des Kondensators durch Sprühen von Kondensat, dann ist ein Besprühen des Kondensators energieaufwändiger und unterbleibt daher.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Ermitteln aktueller Werte von Statusparametern durch Übertragen von Steuergeräten
- 12
- Ermitteln des aktuellen Füllstands des Wassertanks
- 14
- Übertragen von Restfahrstrecke, Restfahrzeit, zu erwartende, Verkehrssituation, geplante Leerlaufzeiten
- 16
- Berechnen aktueller Werte von Statusparametern
- 18
- Ermitteln von während der Restfahrstrecke zu erwartenden Werte für Anzahl von Statusparametern
- 20
- Berechnen des Wertes einer logischen Prioritätsfunktion
- 22
- Vergleichen des berechneten Wertes der logischen Prioritätsfunktion
- 24
- Berechnen von Eingangsgrößen einer Leistungs-Zielfunktion
- 26
- Berechnen der Werte der Leistungs-Zielfunktion mit und ohne Kondensatorkühlung
- 28
- Vergleichen der berechneten Werte der Leistungs-Zielfunktion
- 30
- Bewerten der während der Restfahrstrecke zu erwartenden Werte
- 32
- Bestimmen einer Sprührate
- 34
- Ansteuern der Wasserpumpe
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 4494384 A [0006]
- CN 106739957 B [0010]
- US 2010/0307176 A1 [0012]
- EP 3486592 A1 [0015]
- CN 110224201 A [0018]
