DE19609048C2 - Heizungs- und Klimatisierungseinrichtung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungs- und Klimatisie­ rungseinrichtung für Kraftfahrzeuge, insbesondere Elek­ tro- oder Hybridfahrzeuge, der im Oberbegriff des An­ spruchs 1 angegebenen Gattung.

In ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 94 (1992) Heft 11, Seiten 582-588, ist ein integrales Klimasystem für Elektromobile beschrieben. Dieses umfaßt einen Flüssig­ keitskreis, der dazu dient, die Abwärme von Wärme entwickelnden Komponenten des Antriebssystems einem Wärme­ tauscher zuzuführen, der sekundärseitig von einem Luft­ strom beaufschlagt ist, welcher der Fahrzeugkabine zuge­ führt wird. Zur Erzeugung des Luftstroms durch den Wärme­ tauscher ist ein Gebläse vorgesehen, welches je nach Be­ darf Außenluft oder Luft aus dem Fahrzeuginnenraum an­ saugt. Außerdem ist ein Kältekreis vorgesehen, der einen Verdampfer, einen Kondensator und einen Kompressor um­ faßt, wobei der Verdampfer Kälte direkt an einen den Ver­ dampfer durchströmenden Luftstrom oder an eine Flüssig­ keit als Wärmeübertragungsmittel abgibt. In letzterem Fall ist ein separater Niedertemperaturkreis und weiterer Wärmetauscher notwendig, um die Kälte auf den Luftstrom zu übertragen. Zur Regelung der Gesamtanordnung ist ein Steuergerät vorgesehen, das in Abhängigkeit mehrerer Pa­ rameter Ausgangssignale für mehrere anzusteuernde Stell­ mittel erzeugt, wobei mindestens eines der Eingangssigna­ le von einem Temperatursensor erzeugt wird und ein weite­ res Eingangssignal von einem Sollwertsteller eingegeben wird. Mit Hilfe einer dem Steuergerät zugeordneten pro­ grammierbaren Uhr kann eine Vorheizung und Vorkühlung er­ folgen, sofern das Elektrofahrzeug an einem Netzanschluß mit elektrischer Energie versorgt wird, wie dies bei­ spielsweise beim Ladevorgang für die Batterien des An­ triebsmotors der Fall ist. Zur Vorheizung der Fahrzeugka­ bine ist eine elektrische Zusatzheizung vorgesehen, die dem Wärmetauscher benachbart angeordnet ist und die Wär­ meenergie direkt auf den der Fahrzeugkabine zugeführten Luftstrom überträgt. Um eine wirkungsvolle Vorheizung zu erzielen, ist es hierfür notwendig, in einem kurzen Zeit­ raum eine für die Aufheizung ausreichende Energie zur Verfügung zu stellen. Außerdem wird der von dem Gebläse erzeugte Luftstrom ständig durch die Zusatzheizung gelei­ tet, unabhängig davon, ob diese im Betrieb ist oder nicht, so daß die Zusatzheizung in den meisten Betriebs­ zuständen des Gesamtsystems einen unnötigen Strömungswi­ derstand bildet.

Aus VDI Berichte Nr. 612/1986, Seite 251-267, ist eine Heizungs- und Klimaanlage mit Mikrocomputer-Steuerungssy­ stem in Kraftfahrzeugen beschrieben. Das dargestellt Funktionsmodell zeigt eine für Fahrer und Beifahrer ge­ trennt wirkende vordere Heizungs- und Klimaanlage sowie eine Heckklimaanlage, die lediglich zum Einblasen kalter Luft geeignet ist. Im Fußboden und in den Türen, bzw.

Seitenwänden, sind Flächenheizungen vorgesehen, die vom Kühlmittel des Antriebsmotors durchströmbar sind, wobei Wasserventile, die den Durchfluß durch die jeweilige Flä­ chenheizung einstellen, von einem Klimacomputer angesteu­ ert werden. Es ist außerdem vorgesehen, in dem Kreislauf für die Flächenwärmetauscher einen Latentwärmespeicher anzuordnen, der in den Betriebszeiten, in denen der An­ triebsmotor des Fahrzeugs eine größere Abwärmemenge be­ reitstellt als Heizenergie für den Innenraum benötigt wird, die überschüssige Abwärme speichert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungs- und Klimatisierungseinrichtung für Kraft­ fahrzeuge der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, die einfach im Aufbau ist und bei der sowohl Wärmeenergie als auch Kälteenergie bedarfs­ weise gespeichert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Heizungs- und Klimatisie­ rungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge­ löst.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu se­ hen, daß während der Stillstands- bzw. Ladezeit des Fahr­ zeugs wahlweise Wärme- oder Kälteenergie erzeugt und ge­ speichert werden kann, die dann kurz vor Fahrtantritt bzw. zu Beginn einer Fahrt zur Heizung und Klimatisierung zur Verfügung steht. Außerdem ist es möglich, mit Hilfe der Heizeinrichtung nur die Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskreis zu beheizen, so daß die gesamte Wärme­ energie über den Wärmetauscher - im Zuluftstrom für den Innenraum - an den Luftstrom abgegeben wird und erst bei Erreichen einer bestimmten Innenraumtemperatur der Ther­ mospeicher geladen wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsge­ genstandes ist in dem Thermospeicher ein von der Flüssig­ keit des zweiten Flüssigkeitskreises durchströmter Wärme­ tauscher angeordnet, der gemeinsam mit dem Verdampfer des Kältekreises eine Baueinheit bildet. Durch die gemeinsame Baueinheit wird zusätzlich zu dem Wärmetausch zwischen dem Speichermedium und den die Wärmetauscher durchströ­ menden Medien auch ein direkter Wärmeübergang von dem Verdampfer auf den Wärmetauscher erreicht.

Als Wärmequelle in dem ersten Flüssigkeitskreis ist vor­ zugsweise eine elektrische Heizeinrichtung vorgesehen, die direkt mit dem Netzanschluß verbindbar ist. Eine sol­ che Ausführung ist insbesondere für Fahrzeuge, die aus­ schließlich mittels eines Elektromotors angetrieben wer­ den, zweckmäßig. Als alternative Ausgestaltung kann die Wärmequelle auch eine Brennstoffheizung sein, was sich insbesondere bei Hybridfahrzeugen empfiehlt. Der Kompres­ sor des Kältekreises ist vorzugsweise mit einem elektri­ schen Antriebsmotor gekoppelt, wobei die Leistung des Kompressors zweckmäßigerweise über die Drehzahl des An­ triebsmotors geregelt werden kann.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung be­ steht darin, daß ein dritter Flüssigkeitskreis vorgesehen ist, der zur Aufnahme der Abwärme von Wärme entwickelnden Aggregaten dient und über das Ventilmittel mit dem ersten Flüssigkeitskreis verbindbar ist. Auf diese Weise kann die Abwärme dem ersten bzw. zweiten Flüssigkeitskreis zu­ geführt werden und dient somit zur Heizung der Fahrzeug­ kabine oder zum Laden des Thermospeichers. Die Wärme ent­ wickelnden Aggregate können beispielsweise ein Antriebs­ motor, ein Wandlergetriebe (Hybridfahrzeug), eine Hoch­ temperaturbatterie und eine Leistungselektronik (Elektro- oder Hybridfahrzeug) sein. Damit der dritte Flüssigkeits­ kreis auch dann zum Abführen der Abwärme dient, wenn kein Heizungs- oder Speicherbedarf besteht, ist in dem dritten Flüssigkeitskreis ein Wärmetauscher und eine Pumpe vorge­ sehen. Sofern zumindest ein Teil der Abwärme für die Hei­ zung oder das Laden des Thermospeichers benötigt wird,
sollte die entsprechende Flüssigkeitsmenge unter Umgehung des Wärmetauschers im dritten Flüssigkeitskreis dem er­ sten bzw. zweiten Flüssigkeitskreis zugeführt werden. Da­ her ist eine mittels eines Thermostatventils gesteuerte Bypassleitung vorgesehen, die den Wärmetauscher und die Pumpe überbrückt.

Um die Zahl der Ventilmittel zwischen dem ersten, zweiten und dritten Flüssigkeitskreis auf ein Minimum zu reduzie­ ren, ist es zweckmäßig, ein Vierwegeventil vorzusehen, das Anschlüsse zum ersten, zweiten und dritten Flüssig­ keitskreis besitzt. Bei deutlichen Temperaturunterschie­ den zwischen der Außentemperatur und der Innenraumtempe­ ratur ist es zweckmäßig, die Fahrzeugheizung bzw. Klima­ tisierung im Umluftbetrieb zu fahren, wobei der Umluftan­ teil am Gesamtluftstrom einstellbar ist. Hierzu ist ein Luftkanal zwischen der Fahrzeugkabine und dem im ersten Flüssigkeitskreis befindlichen Wärmetauscher vorgesehen und in diesem eine Umluftklappe angeordnet, deren jewei­ lige Stellung von dem Steuergerät bestimmbar ist. Um den konditionierten Luftstrom auf verschiedene Ausströmer in der Fahrzeugkabine zu verteilen, sind Luftstromsteuerk­ lappen zur Luftverteilung dem Wärmetauscher im Luftstrom nachgeordnet. Zur Verbesserung der Luftreinheit ist es vorteilhaft, im Luftstrom des Gebläses vor oder nach dem Heizkörper ein Filter vorzusehen. Im Umluftbetrieb der Heizungs- oder Klimaeinrichtung steigt erfahrungsgemäß die Luftfeuchtigkeit in der Fahrzeugkabine stark an, was zum Beschlag der Scheiben führt. Zur Reduzierung der Luftfeuchtigkeit in der Fahrzeugkabine ist es vorteil­ haft, einen Lufttrockner vorzusehen, durch den der vom Gebläse erzeugte Luftstrom geführt wird.

Zur weiteren Komfortsteigerung beim Heizbetrieb, insbe­ sondere bei niedrigen Außentemperaturen, sind eine elek­ trische Sitzheizung und eine elektrische Fußbodenheizung vorgesehen, die von dem Steuergerät aktiviert werden. Aus Gründen der Sicherheit ist die Windschutzscheibe stets beschlagfrei und frostfrei zu halten. Hierzu ist es zweckmäßig, eine elektrische Windschutzscheibenheizung vorzusehen, die von dem Steuergerät aktiviert wird, wobei zweckmäßigerweise gleichzeitig das Gebläse mit einer nie­ deren Drehzahl betrieben wird, so daß die an der Innen­ seite der Windschutzscheibe möglicherweise befindliche Feuchtigkeit von dem Luftstrom aufgenommen wird. Um einen möglichst wirtschaftlichen Betrieb aller elektrischen Verbraucher zu erreichen und auch eine Überlastung der elektrischen Versorgung bei gleichzeitigem Betrieb aller elektrischen Heizungen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, daß das Steuergerät eine Economy-Schaltung umfaßt, durch welche die elektrischen Heizungen mit halber Leistung be­ treibbar sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Heizungs- und Klimatisierungseinrichtung in einer Grundausführung,

Fig. 2 eine Einrichtung mit zusätzlicher Rückgewinnung von Abwärme in Wärme entwickelnden Komponenten und Zusatzheizungen in der Fahrzeugkabine.

In Fig. 1 ist ein erster Flüssigkeitskreis FKI und ein zweiter Flüssigkeitskreis FKII dargestellt. Von einer im ersten Flüssigkeitskreis FKI befindlichen Heizeinrichtung 1 führt eine Flüssigkeitsleitung 11 zu einem Verzwei­ gungspunkt 12, an dem ein Wärmetauscher 2 mittels einer Rohrleitung 13 angeschlossen ist. Der Wärmetauscher 2 ist als Flüssigkeits/Luft-Wärmetauscher ausgeführt, wobei das andere Ende der Flüssigkeitskanäle in dem Wärmetauscher 2 über eine Flüssigkeitsleitung 14 an einem 3-Wegeventil 3 angeschlossen ist. Von dem Wegeventil 3 führt eine Flüs­ sigkeitsleitung 15 zu einer Pumpe 4, die ausgangsseitig über eine Flüssigkeitsleitung 16 mit der Heizeinrichtung 1 in Verbindung steht.

Der Flüssigkeitskreis FKII beginnt an dem Verzweigungs­ punkt 12, von dem eine Flüssigkeitsleitung 17 zu einer weiteren Pumpe 5 führt, die ausgangsseitig mit einem Wär­ metauscher 6 in Verbindung steht. Von dem Wärmetauscher 6 führt eine Flüssigkeitsleitung 18 zu dem Wegeventil 3. Der Wärmetauscher 6 befindet sich in einem Thermospei­ cher, der mit einem Medium gefüllt ist, welches bedarfs­ weise Wärmeenergie oder Kälteenergie zu speichern vermag.

Außerdem befindet sich in dem Thermospeicher 7 ein Ver­ dampfer 8 eines Kältekreises KK, wobei der Verdampfer 8 mit dem Wärmetauscher 6 zu einer Baueinheit zusammenge­ faßt ist. Der Kältekreis KK umfaßt außerdem einen Konden­ sator 9 und einen Kompressor 10, die über Kältemittellei­ tungen 19 verbunden sind. Der Kompressor 10 ist vorzugs­ weise mit einem elektrischen Antriebsmotor gekoppelt, so daß die Leistung des Kompressors über die Drehzahl des Antriebsmotors regelbar ist.

Der Wärmetauscher 2 ist zweckmäßigerweise in einem Luft­ kanal angeordnet, in dem sich auch ein Gebläse 20 zur Er­ zeugung eines Luftstroms durch den Wärmetauscher 2 befin­ det. Der Luftstrom ist mit Pfeilen L in Fig. 1 bezeich­ net. In dem nicht näher dargestellten Luftkanal befindet sich stromauf des Wärmetauschers 2 eine Umluftklappe 21, die den Anteil der aus der Fahrzeugkabine angesaugten und zu konditionierenden Luft bestimmt. Stromab des Wärme­ tauschers 2 sind in dem Luftkanal Luftstromsteuerklappen, ein Filter und/oder ein Lufttrockner 22 angeordnet.

Die Heizeinrichtung 1, das Wegeventil 3, die Pumpen 4 und 5, der Antrieb des Kompressors 10, der Antrieb des Geblä­ ses 20 sowie das Stellmittel für die Umluftklappe 21 sind mit einem Steuergerät 23 verbunden, das in Abhängigkeit mehrerer Parameter die Steuersignale für die jeweiligen elektrisch betätigten Komponenten erzeugt. Neben weiteren in Fig. 1 nicht dargestellten Eingangsgrößen werden die Signale eines Außentemperaturfühlers 24, eines Innentem­ peraturfühlers 25 sowie eines Sollwertstellers 26 zuge­ führt.

Die Heizeinrichtung 1 kann beispielsweise eine Brenn­ stoffheizung sein, sofern es sich um ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor handelt. Bei einem Elektro­ fahrzeug mit ausschließlich elektrischem Antrieb wird die Heizeinrichtung 1 eine elektrische Heizung sein, die mit dem Netzanschluß während des Ladens der Batterien für den Antriebsmotor des Fahrzeugs verbindbar ist. Bei Heizungs­ bedarf in der Fahrzeugkabine oder Wärmespeicherung in dem Thermospeicher wird die Heizeinrichtung 1 aktiviert, um die in dem Flüssigkeitskreis FKI bzw. Flüssigkeitskreis FKII vorhandene Flüssigkeit aufzuheizen. Soll die gesamte in der Heizeinrichtung 1 erzeugte Wärmeenergie zur Behei­ zung des Fahrzeuginnenraums genutzt werden, so wird mit Hilfe des Steuergerätes 23 das Wegeventil 3 in eine Schaltstellung gebracht, in der die Flüssigkeitsleitung 18 gesperrt ist, während die Flüssigkeitsleitungen 14 und 15 verbunden sind. Gleichzeitig wird die Pumpe 4 einge­ schaltet, so daß die in der Heizeinrichtung 1 erwärmte Flüssigkeit vollständig durch den Wärmetauscher 2 strömt.

Mit Beginn der Erwärmung der Flüssigkeit in dem Flüssig­ keitskreis FKI oder zeitverzögert wird von dem Steuerge­ rät 23 der Antrieb des Gebläses 20 eingeschaltet, so daß ein Luftstrom L erzeugt wird, der den Wärmetauscher 2 se­ kundärseitig beaufschlagt. Diese Warmluft wird der Fahr­ zeugkabine zugeführt, gegebenenfalls nach erfolgter Ent­ feuchtung in dem Lufttrockner 22. Wird die Heizleistung der Heizeinrichtung 1 nicht vollständig für die momentane Aufheizung der Fahrzeugkabine benötigt, so kann mit der überschüssigen Wärme der Thermospeicher 7 mit Wärmeener­ gie geladen werden. Hierzu wird das Wegeventil 3 in eine Schaltstellung gebracht, in der die Flüssigkeitsleitung 18 mit den Flüssigkeitsleitungen 14 und 15 verbunden ist. Gleichzeitig wird die Pumpe 5 von dem Steuergerät 23 ein­ geschaltet, so daß die Flüssigkeit in dem zweiten Flüs­ sigkeitskreis FKII umgewälzt wird. In dem Wärmetauscher 6 wird die Wärmeenergie der Flüssigkeit auf das in dem Thermospeicher 7 befindliche Medium übertragen.

Sofern das Steuergerät 23 aufgrund der Eingangssignale feststellt, daß keine Aufheizung der Fahrzeugkabine er­ forderlich ist, so wird das Gebläse 20 stillgesetzt und das Wegeventil 3 in eine Schaltstellung gebracht, in der die Flüssigkeitsleitung 14 gesperrt ist. In dieser Be­ triebsstellung wird ausschließlich der Thermospeicher 7 mit Wärmeenergie geladen. Bei Betrieb des Fahrzeugs oder im Stand ohne Netzanschluß kann zum Zwecke der Heizung der Fahrzeugkabine die in dem Thermospeicher 7 vorhandene Wärmeenergie dem Wärmetauscher 2 zugeführt werden, so daß ein vom Gebläse 20 erzeugter Luftstrom L als Warmluft­ strom der Fahrzeugkabine zugeführt wird. In dieser Be­ triebsweise ist das Wegeventil 3 so eingestellt, daß die Flüssigkeitsleitungen 18 und 14 verbunden sind und die Flüssigkeitsleitung 15 gesperrt ist. Die Wärmeenergie des Thermospeichers 7 kann jedoch auch abgerufen werden, wenn kurz vor Fahrt antritt eine rasche Aufheizung der Fahr­ zeugkabine erfolgen soll, so daß die Heizeinrichtung l lediglich für eine begrenzte Heizleistung ausgelegt wer­ den muß.

Das in dem Thermospeicher 7 befindliche Medium kann zum Zwecke der Fahrzeugklimatisierung, das heißt zum Zuführen eines Kaltluftstroms in die Fahrzeugkabine, gekühlt bzw. mit Kälteenergie geladen werden. Ein solcher Betrieb setzt selbstverständlich voraus, daß während dieser Zeit eine Wärmespeicherung in dem Thermospeicher 7 nicht benö­ tigt wird. Von dem Steuergerät 23 wird der Antrieb des Kompressors 10 eingeschaltet, so daß in dem Verdampfer 8 durch Verdampfung des Kältemittels Kälte erzeugt wird, die an den Wärmetauscher 6 sowie das in dem Thermospei­ cher 7 befindliche Medium abgegeben wird. Zur Klimatisie­ rung der Fahrzeugkabine wird mit Hilfe der Pumpe 5 die Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitskreis 11 umge­ wälzt, wodurch diese in dem Wärmetauscher 6 auf ein nied­ rigeres Temperaturniveau gebracht wird. Durch die Flüs­ sigkeitsleitungen 18 und 14 wird die kalte Flüssigkeit dem Wärmetauscher 2 zugeleitet, so daß der den Wärme­ tauscher 2 sekundärseitig beaufschlagende Luftstrom L ab­ gekühlt und als Kaltluftstrom der Fahrzeugkabine zuge­ führt wird. Sofern aufgrund der Eingangssignale der Tem­ peraturfühler 24, 25 und des Sollwertstellers 26 keine Klimatisierung der Fahrzeugkabine erforderlich ist, kann die mittels des Kältekreises KK erzeugte Kälteenergie vollständig in dem Thermospeicher 7 gespeichert werden.

Die Fig. 2 zeigt eine Heizungs- und Klimatisierungsein­ richtung, bei der auch die Abwärme Wärme entwickelnder Komponenten für die Beheizung der Fahrzeugkabine nutzbar ist und bei der durch weitere elektrische Zusatzheizungen der Heizungskomfort weiter gesteigert ist. Diese Einrich­ tung umfaßt einen ersten Flüssigkeitskreis FKI sowie ei­ nen zweiten Flüssigkeitskreis FKII, die im wesentlichen der Ausführung in Fig. 1 entsprechen, so daß für gleiche Teile die Bezugszeichen übernommen sind und auch auf die diesbezügliche Beschreibung zur Fig. 1 verwiesen wird.

In dem ersten Flüssigkeitskreis FKI ist als Wärmequelle eine elektrische Heizeinrichtung 101 vorgesehen, die mit dem elektrischen Anschluß einer Ladestation verbindbar ist, so daß die zum Heizen mittels der Heizeinrichtung 101 benötigte Energie unmittelbar über den Ladeanschluß erfolgen kann. Selbstverständlich kann die Heizeinrich­ tung 101 auch als Brennstoffheizung ausgeführt sein. Als Ventilmittel zwischen den Flüssigkeitsleitungen 14, 15 und 18 ist ein 4-Wegeventil 103 vorgesehen, so daß über dieses Ventil 103 ein dritter Flüssigkeitskreis FKIII an dem ersten bzw. zweiten Flüssigkeitskreis FKI und FKII anschließbar ist. Von dem Vierwegeventil 103 ausgehend führt eine Flüssigkeitsleitung 33 zu einem Wandlergetrie­ be bzw. Wechselrichter und Elektromotor 31 des Fahrzeug­ antriebs, um mittels der Flüssigkeit, die in dem Wandler­ getriebe 31 bzw. Wechselrichter und Elektromotor entste­ hende Wärme abzuführen. Ausgangsseitig ist an die Kühlka­ näle in dem Wandlergetriebe bzw. Wechselrichter und Elek­ tromotor 31 eine Flüssigkeitsleitung 34 angeschlossen, die zu Kühlkanälen in einer Hochtemperaturbatterie 30 führt. Ausgangsseitig sind die Kühlkanäle in der Hochtem­ peraturbatterie 30 über eine Flüssigkeitsleitung 35 mit einem externen Wärmetauscher 32 verbunden, von dem eine Flüssigkeitsleitung 36 zu einer Pumpe 27 führt, die zum Umwälzen der Flüssigkeit in dem dritten Flüssigkeitskreis FKIII vorgesehen ist. Von der Pumpe 27 führt eine Flüs­ sigkeitsleitung 38 zu der Flüssigkeitsleitung 15 bzw. der Pumpe 4. In der Flüssigkeitsleitung 38 ist ein 3-Wege­ ventil 28 vorgesehen, von dem eine Flüssigkeitsleitung 39 zu der Flüssigkeitsleitung 33 und über diese zu dem Wand­ lergetriebe 31 führt. In der Flüssigkeitsleitung 35 ist ein Thermostat 29 angeordnet, von dem ausgehend eine Flüssigkeitsleitung 37 an den druckseitigen Anschluß der Pumpe 27 geführt ist.

Zur Steuerung der Heizungs- und Klimatisierungseinrich­ tung der Fig. 2 ist das Steuergerät 23 vorgesehen, das im wesentlichen demjenigen der Fig. 1 entspricht. Von dem Steuergerät 23 werden sämtliche innerhalb des mit dem Be­ zugszeichen 40 bezeichneten Rahmens befindliche elek­ trisch ansteuerbare Komponenten gesteuert ebenso wie die Umluftklappe 21, wobei die Steuerung sämtlicher elektri­ scher Stellmittel und Antriebe der Heizungs- und Klimati­ sierungseinrichtung in Abhängigkeit von mindestens einem Innentemperaturfühler 25, einem Außentemperaturfühler 24 und dem Signal des Sollwertstellers 26 erfolgt. Ferner umfaßt die Fig. 2 dargestellte Einrichtung eine elektri­ sche Windschutzscheibenheizung 42, eine elektrische Sitz­ heizung 43 für den Fahrer und Beifahrer und eine elektri­ sche Fußbodenheizung, die ebenfalls für den Fahrer und Beifahrer separat steuerbar ist. Die elektrischen Heiz­ einrichtungen 42, 43, 44 werden ebenfalls von dem Steuer­ gerät 23 gesteuert, wobei es zweckmäßig ist, daß das Steuergerät 23 eine Economy-Schaltung umfaßt, durch die beim Vorliegen bestimmter Betriebszustände die Heizungen 42 bis 44 mit der halben elektrischen Leistung betreibbar sind. Es kann auch vorgesehen sein, die Leistung der elektrischen Zusatzheizungen 42 bis 44 in Abhängigkeit des Signals des Sollwertstellers 26 zu steuern.

Die Funktion der Flüssigkeitskreise FKI und FKII zum Hei­ zen oder Klimatisieren der Fahrzeugkabine entspricht der in Fig. 1 beschriebenen Funktion, so daß zur Vermeidung von Wiederholungen auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen wird. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 können der Thermospeicher 7 mit dem darin befindlichen Wärme­ tauscher 6 sowie die Komponenten 8, 9 und 10 des Kälte­ kreises KK und die Pumpe 5 in einer Thermobox zusammenge­ faßt sein, die in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 41 be­ zeichnet ist.

Soll die Abwärme im Wandlergetriebe bzw. Wechselrichter und Elektromotor 31 und der Hochtemperaturbatterie 30 zur Beheizung der Fahrzeugkabine und/oder zum Laden des Ther­ mospeichers 7 mit Wärmeenergie benutzt werden, so befin­ det sich das Vierwegeventil 103 in einer Schaltstellung, in der der erste Flüssigkeitskreis FKI oder der zweite Flüssigkeitskreis FKII mit der Flüssigkeitsleitung 33 verbunden ist. Über die Flüssigkeitsleitungen 34 und 35 wird die Wärme aus dem Wandlergetriebe bzw. Wechselrich­ ter und Elektromotor 31 und der Hochtemperaturbatterie 30 abgeführt und die auf diese Weise erwärmte Flüssigkeit gelangt durch die Flüssigkeitsleitung 35 sowie durch die Bypassleitung 37 und die Flüssigkeitsleitung 38 zu der Pumpe 4. Übersteigt das Temperaturniveau in der Flüssig­ keitsleitung 35 den Bedarf an Wärmeenergie, der zur Be­ heizung der Fahrzeugkabine und/oder dem Aufladen des Thermospeichers 7 benötigt wird, so wir mittels des Ther­ mostatventils 29 ein Teilstrom der Flüssigkeit bzw. gege­ benenfalls auch die gesamte Menge dem externen Wärme­ tauscher 32 zugeführt, der sekundärseitig beispielsweise von Außenluft beaufschlagt ist, so daß die Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird.

Im reinen Kühlbetrieb des Flüssigkeitskreises FKIII be­ findet sich das 3-Wegeventil 28 in einer Schaltstellung, in der die Verbindung zur Pumpe 4 gesperrt und der Druck­ anschluß in der Pumpe 27 über die Flüssigkeitsleitung 39 mit der Flüssigkeitsleitung 33 verbunden ist. Gleichzei­ tig befindet sich das 4-Wegeventil 103 in einer Schalt­ stellung, in der die Flüssigkeitsleitungen 14, 15, 18 von der Flüssigkeitsleitung 33 getrennt sind. Die Pumpe 27 wälzt dann die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitskreis FKIII um, wobei mittels der Thermostat-gesteuerten Bypasslei­ tung 37 die Temperatur auf einem annähernd konstanten Ni­ veau gehalten werden kann, so daß extreme Temperatur­ schwankungen infolge häufiger Lastwechsel beim Fahrbe­ trieb vermieden werden können.

Die Komponenten des Kältekreises KK sowie der Thermospei­ cher 7 und die Pumpe 5 können auch im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in einer Thermobox zusammengefaßt sein, wie dies in Fig. 2 angegeben ist. Diese Einrichtung kann da­ her sowohl als Erstausstattung wie auch als Nachrüstanla­ ge vorgesehen sein.

Die erfindungsgemäße Heizungs- und Klimatisierungsein­ richtung bietet außerdem die Möglichkeit, einen Eisspei­ cher im Thermospeicher 7 anzulegen und gleichzeitig über den Flüssigkeitskreis FKI den Innenraum des Fahrzeugs zu beheizen. Hierzu befindet sich das 3-Wegeventil 3 bzw. das 4-Wegeventil 103 in einer Stellung, in der die Flüs­ sigkeitskreise FKI und FKII getrennt sind. Diese Beson­ derheit löst die bisher bestehende Problematik, daß man in den Übergangszeiten Frühjahr oder Herbst, in denen es morgens und abends relativ kühl ist und tagsüber Tempera­ turen erreicht werden, die eine Klimatisierung des Fahr­ zeuginnenraumes erfordern, ausschließlich heizen oder kühlen kann. Mit der vorstehend beschriebenen Einrichtung kann bei Bedarf der Innenraum beheizt werden, während in dem Thermospeicher 7 ein Eisspeicher angelegt wird oder bereits angelegt ist, da sich die Flüssigkeitskreise FKI und FKII bei entsprechender Stellung des Wegeventils 3 oder 103 nicht gegenseitig beeinflussen. Der Flüssig­ keitskreis FKI wird dabei mittels der Pumpe 4 betrieben. Steigt die Temperatur an und entfällt der Heizungsbedarf, so wird der Warmwasserzulauf zum Wärmetauscher 2 gesperrt und kaltes Wasser aus dem Eisspeicher zugeführt und auf diese Weise die dem Fahrzeuginnenraum zugeführte Luft ge­ kühlt.

Durch die Erfindung ist es möglich, in bestimmten Typen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise Elektro- und Hybrid­ fahrzeugen, elektrische Energie optimal zu nutzen und einzusparen. Dies erhöht die Fahrzeugreichweite ohne daß man den teuren Batteriespeicher vergrößern müßte. Sponta­ nes Ansprechen der Heizungs- und Klimatisierungseinrich­ tung ist möglich. Der Speicher kann während des Ladevor­ gangs Zuhause oder an einer öffentlichen Ladestation ent­ sprechend dem zu erwartenden Bedarf (Heizen im Winter; Kühlen im Sommer) geladen werden.

Claims (14)

1. Heizungs- und Klimatisierungseinrichtung für Kraft­ fahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeu­ ge, mit einem ersten Flüssigkeitskreis (FKI), der einen Wärmetauscher (2), eine Pumpe (4), eine Wär­ mequelle (1, 101) zur Erwärmung der Flüssigkeit und Ventilmittel (3, 103) umfaßt, wobei der Wärme­ tauscher (2) sekundärseitig luftbeaufschlagt und ein Gebläse (20) zur Erzeugung eines Luftstroms (L) vorgesehen ist, sowie mit einem einen Verdampfer (8), einen Kondensator (9) und einen Kompressor (10) umfassenden Kältekreis (KK) und mit einem Steuergerät (23) zur Regelung in Abhängigkeit min­ destens eines Signals eines Temperatursensors (24, 25) und eines einstellbaren Sollwertes, dadurch gekennzeichnet, daß ein über das Ventilmit­ tel (3, 103) dem ersten Flüssigkeitskreis (FKI) zu­ schaltbarer zweiter Flüssigkeitskreis (FKII) mit darin angeordnetem Thermospeicher (7) sowie Pumpe (5) vorgesehen ist und die Wärmequelle (1, 101) im ersten Flüssigkeitskreis (FKI) eine vom Betrieb des Fahrzeugs unabhängige Heizeinrichtung (1, 101) ist, die zur bedarfsweisen Erwärmung der durch den Wär­ metauscher (2) strömenden Luft und/oder zum Laden des Thermospeichers (7) mit Wärmeenergie dient und daß der Verdampfer (8) des Kältekreises (KK) mit­ tels des zweiten Flüssigkeitskreises (FKII) mit dem Wärmetauscher (2) thermisch koppelbar ist und zum Laden des Thermospeichers mit Kälteenergie dient.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Thermospeicher (7) ein von der Flüssigkeit des zweiten Flüssig­ keitskreises (FKII) durchströmter Wärmetauscher (6) gemeinsam mit dem Verdampfer (8) eine Baueinheit bildet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle eine elektrische Heizeinrichtung (101) ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle eine Brennstoffheizung (1) ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (10) mit einem elektrischen Antriebsmotor gekoppelt ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Flüssig­ keitskreis (FKIII) vorgesehen ist, der zur Aufnahme der Abwärme von Wärme entwickelnden Aggregaten (30, 31) dient und über das Ventilmittel (103) mit dem ersten Flüssigkeitskreis (FKI) verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme entwickelnden Aggregate ein Antriebsmotor, ein Wandlergetriebe (31) und/oder eine Hochtemperaturbatterie (30) sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem dritten Flüssig­ keitskreis (FKIII) ein Wärmetauscher (32) und eine Pumpe (27) sowie eine den Wärmetauscher (32) und die Pumpe (27) überbrückende steuerbare Bypasslei­ tung (37) vorgesehen sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermostatventil (29) vorgesehen ist, das den jeweiligen Durchfluß der Flüssigkeit durch die Bypassleitung (37) und den Wärmetauscher (32) steuert.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem dritten Flüssig­ keitskreis (FKIII) stromab der Pumpe (27) ein wei­ teres Ventil (28) angeordnet ist, von dem eine Ver­ bindungsleitung (39) zu mindestens einem der Wärme entwickelnden Aggregate (30, 31) führt.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das den ersten, zweiten und dritten Flüssigkeitskreis (FKI, FKII, FKIII) verbindende Ventilmittel (103) ein 4-Wegeventil ist.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftkanal zwischen der Fahrzeugkabine und dem im ersten Flüssigkeits­ kreis (FKI) befindlichen Wärmetauscher (2) vorgese­ hen und in diesem eine Umluftklappe (21) angeordnet ist, deren jeweilige Stellung von dem Steuergerät (23) bestimmbar ist.

13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß Luftstromsteuerklappen zur Luftverteilung dem Wärmetauscher (2) im Luft­ strom (L) nachgeordnet sind.

14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lufttrockner (22) und/oder Filter vorgesehen ist, der vom Luftstrom (L) des Gebläses (20) beaufschlagt ist.