DE69817899T2

DE69817899T2 - Heizungs- und Kühlungseinheit mit Wechselrichter und Batterie

Info

Publication number: DE69817899T2
Application number: DE69817899T
Authority: DE
Inventors: David K. Albion Evans; Ernest E. Angola Williams
Original assignee: White Consolidated Industries Inc
Current assignee: Dometic LLC
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1998-01-31
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2018-02-01
Also published as: EP0869018A2; DE69817899D1; US5899081A; DK0869018T3; EP0869018A3; EP0869018B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Apparat zum Bereitstellen von Luftklimatisierung und -heizung für einen Lastkraftwagen. Der Apparat ist speziell ausgelegt, um eine temperaturregulierte Umgebung für ein Schlafabteil des Lastkraftwagens bereitzustellen, wenn der Lastkraftwagen nicht fährt.
Verschiedene Ansätze zum Heizen und Kühlen von Fahrzeugen sind bekannt. Im allgemeinen werden die Fahrzeuge durch eine Wärmepumpeneinheit beheizt und durch eine Luftklimatisierungseinheit gekühlt. Diese Klimasteuereinheiten werden im allgemeinen direkt oder indirekt durch den Fahrzeugmotor oder die primäre Batterie angetrieben. Oft wird ein Wechselrichter verwendet, um von der Primärbatterie des Fahrzeugs bereitgestellten Gleichstrom in Wechselstrom zur Verwendung durch die Klimasteuereinheit umzuwandeln. Siehe beispielsweise US Patent Nr. 3,974,660 an Farr et al.
Manchmal werden alternative Antriebsquellen für die Klimasteuereinheiten verwendet. Beispielsweise zeigt US Patent Nr. 5,333,678 an Mellum et al. die Verwendung eines Hilfskraftstoffverbrennungsmotors, um den Klimasteuereinheiten eines Lastkraftwagens Strom zu liefern.
US-A-4,280,330, als nächster Stand der Technik, zeigt ein Fahrzeug, das eine Fahrzeugbatterie und eine Sekundärbatterie eines Heiz- und Kühlsystems umfasst. Das Heiz/Kühlsystem verwendet einen Gleichstrom aus der Sekundärbatterie als Stromversorgung. Dieses Gleichstrom verwendende Heiz-/Kühlsystem ist teuer, seine Effizienz ist niedrig, und die Wartungskosten sind hoch.
Bei Fahrzeugen, bei denen ein Insasse im Fahrzeug schlafen kann oder eine lange Zeitperiode im Fahrzeug verbringen kann, während der Motor nicht läuft, bleibt ein Bedarf, Klima steuereinheiten anzutreiben, ohne sich auf die bislang identifizierten Antriebsquellen zu verlassen. Es ist aus vielen Gründen wünschenswert, nicht den Motor laufen zu lassen, einschließlich Vermindern der Abnutzung und der Belastung des Motors, Kraftstoffersparnisse, verbesserte Luftqualität aufgrund verminderter Emissionen und Konformität zu „kein Leer-lauf-Gesetzen. Falls die Primärbatterie verwendet würde, um die Klimasteuereinheiten anzutreiben, während der Motor nicht läuft, könnte die Ladung der Primärbatterie erschöpft werden, und sie würde nicht in der Lage sein, ihre anderen Aufgaben auszuführen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf einen Apparat zum Bereitstellen einer temperaturregulierten Umgebung für einen Lastkraftwagen gerichtet. Der Lastkraftwagen weist einen Innenverbrennungsmotor, ein Fahrabteil und ein Schlafabteil, eine zum Starten des Motors verwendete Primärbatterie und eine Klimasteuereinheit zum Steuern der Temperatur des Innenraums des Lastkraftwagens auf. Die Klimasteuereinheit wird durch eine Steuerungskonsole reguliert und durch eine Sekundärbatterie elektrisch angetrieben. Die Sekundärbatterie liefert elektrischen Strom über einen Wechselrichter an die Klimasteuereinheit. Der Wechselrichter dient dem Wandeln des von der Sekundärbatterie gelieferten Gleichstroms in von der Klimasteuereinheit verwendeten Wechselstrom. Da die Klimasteuereinheit keinen Strom von einem laufenden Motor oder der Primärbatterie erhält, ist der Apparat ideal zum Heizen und Kühlen des Schlafabteils, während der Motor nicht läuft.
Weiterhin gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Lastkraftwagen mit einem Zündschalter versehen, der eine Ein- und eine Aus-Position aufweist. Wenn der Zündschalter in der Ein-Position ist, läuft der Motor und wird eine Ladungsspule verwendet, um die Primärbatterie mit der Sekundärbatterie zu verbinden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht eines Lastkraftwagens gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Teile des Lastkraftwagens weggeschnitten gezeigt sind.
2 ist ein Schaltungsdiagramm des Temperaturregulierungsapparates gemäß der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es sollte angemerkt werden, dass in der detaillierten Beschreibung, die folgt, identische Komponenten mit den selben Bezugszeichen versehen sind, und dass, um die vorliegende Erfindung klar und knapp zu illustrieren, gewisse Merkmale in etwas schematischer Form gezeigt sein können.
Nunmehr unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist ein Lastkraftwagen 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Lastkraftwagen 10 hat ein Fahrabteil oder eine Kabine 15, aus der ein Bediener den Lastkraftwagen 10 fahren kann. Zu diesem Zweck ist die Kabine 15 mit verschiedenen Steuerungen ausgestattet, die zum Fahren notwendig sind. Eine dieser Steuerungen ist ein Zündungsschalter 16 mit einer Ein- und einer Aus-Position. Der Lastkraftwagen 10 ist mit einem in einem Motorabteil 20 untergebrachten Motor 18 versehen. Der Motor 18, der typischerweise ein Dieselmotor ist, wird mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 25 versorgt. Der Motor 18 stellt die zum Fahren des Lastkraftwagens 10 notwendige Leistung bereit, wenn der Zündungsschalter 16 in der Ein-Position ist. Der Motor 18 wird nicht laufen, wenn der Zündungsschalter 16 in der Aus-Position ist. Eine Startbatterie 30 oder Primärbatterie ist vorgesehen, um den Motor 18 zu starten, wenn der Zündungsschalter 16 aus der Aus-Position in die Ein-Position geschaltet wird. Die Primärbatterie 30 hat einen positiven Anschluss 32 und einen negativen Anschluss 34. Der negative Anschluss 34 der Primärbatterie 30 ist mit einer Erdung 37 verbunden. Zusätzlich zum Bereitstellen der Leistung zum Starten des Motors 18 kann die Primärbatterie 30 auch verwendet werden, verschiedene elektrische Vorrichtungen im Lastkraftwagen anzutreiben. Eine Lichtmaschine (nicht gezeigt) ist auch vorgesehen, um der Primärbatterie 30 einen Ladestrom zuzuführen, um die elektrische Ladung der Primärbatterie 30 zu erhalten.
Der Lastkraftwagen ist auch mit einem Schlafabteil 40 oder einer Schlafkoje versehen, in welcher der Bediener schlafen kann, während der Lastkraftwagen 10 nicht gefahren wird. Während der Bediener in der Schlafkoje 10 ist, wird der Motor 18 üblicherweise nicht laufen (d. h., der Zündungsschalter 16 befindet sich in der Aus-Position). Dies dient dem Vermindern von Abnutzung und Verschleiß am Lastkraftwagen 10 und seinem Motor 18, spart Kraftstoff, vermindert Emissionen, und ist konform mit „kein Leerlauf -Gesetzen, die das Laufen eines Lastkraftwagenmotors verbieten, wenn der Lastkraftwagen nicht gefahren wird. Während dieser Zeit wird die Schlafkoje 40 wahrscheinlich abhängig von der Umgebungstemperatur außerhalb des Lastkraftwagens 10 warm oder kalt werden. Daher ist es wünschenswert, einen Innenraum 15 des Lastkraftwagens 10 und spezifisch die Schlafkoje 40 in einer Weise zu heizen und zu kühlen, die es nicht erfordert, dass der Motor 18 läuft und die nicht die Primärbatterie 30 erschöpft.
Um den Lastkraftwagen 10 zu heizen und zu kühlen, während der Motor 18 nicht läuft, ist der Lastkraftwagen 10 mit einem Temperaturregulierungssystem 50 versehen. Das Temperaturregulierungssystem 50 weist eine Wärmepumpe und eine Luftklimatisierungseinheit 55 oder Klimasteuereinheit auf, die in der Lage ist, heiße oder kalte Luft zum Lastkraftwagen 10 zu liefern. Die Klimasteuereinheit 55 läuft vorzugsweise mit Wechselstrom, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise könnte die Klimasteuereinheit 55 mit Gleichstrom laufen.
Eine Sekundärbatterie 60 oder ein Satz von Sekundärbatterien, wie in 2 gezeigt, wird verwendet, um das Temperaturregulierungssystem 50 anzutreiben. Vorzugsweise sind die Sekundärbatterien 60 12 Volt-Tiefzyklusbatterien, die jede einen positiven Anschluss 62 und einen negativen Anschluss 64 aufweisen. Da die Sekundärbatterien 60 nur zum Liefern von Gleichstrom in der Lage sind, wird ein Wechselrichter 70 bereitgestellt, um den von den Sekundärbatterien 60 angelieferten Gleichstrom in Wechselstrom zur Verwendung durch de Klimasteuereinheit 55 zu wandeln. Der Wechselrichter 70 hat einen Gleichstromeingang 72, der aus einem positiven Anschluss 74 und einem negativen Anschluss 76 besteht. Die negativen Anschlüsse 64 der Sekundärbatterien 60 sind mit dem negativen Anschluss 76 des Wechselrichters 70 verbunden. Eine Sicherung 80 ist am positiven Anschluss 74 des Wechselrichters 70 vorgesehen. Die positiven Anschlüsse 62 der Sekundärbatterien 60 werden mit dem positiven Anschluss 74 des Wechselrichters 70 über die Sicherung 80 verbunden. Somit sind die Sekundärbatterien 60 und der Wechselrichter 70 parallel verbunden. Die negativen Anschlüsse 64 der Sekundärbatterien 60 werden mit der Erde 37 durch den negativen Anschluss 34 der Primärbatterie 30 verbunden. Der Wechselrichter 70 weist auch einen Wechselstromausgang 85, umfassend eine 120 Volt „Direkt"-Leitung 90, eine 120 Volt „Neutral"-Leitung 92 und eine Erdungsleitung 94 auf. Der Wechselrichter 70 selbst ist also mit der Erde 37 verbunden.
Ein Batteriezustandsmessgerät 97 ist über die positiven (74) und negativen (76) Anschlüsse des Wechselrichters 70 verbunden. Das Batteriezustandsmessgerät 97 ist in der Lage, den Bediener mit Informationen über die Ladung der Sekundärbatterien 60 zu versorgen.
Der Wechselrichter 70 ist mit einem Stromschalter (nicht gezeigt) versehen, um den Wechselrichter ein- oder auszuschalten. Jedoch wird, um Platz zu sparen, der Wechselrichter wahrscheinlich an einem unzugänglichen Platz innerhalb des Lastkraftwagens 10 platziert, wie etwa unter einer Schlafbank (nicht gezeigt) in der Schlafkoje 40. Damit der Wechselrichter 40 einfach ein- oder ausgeschaltet werden kann, wird ein Fernstart/Stoppschalter 100 für den Wechselrichter 70 an irgendeinem zugänglichen Ort innerhalb des Lastkraftwagens 10 platziert.
Die drei Leitungen 90, 92, 94, welche den Wechselstromausgang 85 des Wechselrichters 70 umfassen, sind mit einer Stromsteuerkarte 105 verbunden. Die Stromsteuerkarte 105 ist eine von einem Mikroprozessor 107 gesteuerte Relaisbox, die verwendet wird, um den der Klimasteuereinheit 55 zugeführten Strom zu regulieren. Die Stromsteuerkarte 105 reguliert den der Klimasteuereinheit 55 zugeführten Strom basierend auf Anweisungen, die sie von einer Steuerungskonsole 110 erhält. Die Stromsteuerkarte 105 empfängt elektrischen Strom für den Eigenbetrieb der Stromsteuerkarte 105 von der Primärbatterie 30. Die Steuerkonsole 110 weist einen Thermostaten, einen Mikroprozessor 112 und einstellbare Steuerungen auf.
Der Bediener kann die Steuerungen an der Steuerungskonsole 110 auf gewünschte Temperatureinstellungen einstellen, um eine komfortable Umgebung innerhalb des Lastkraftwagens 10 zu erzielen. Wenn die tatsächliche Temperatur im Lastkraftwagen 10 unter die be dienerausgewählte Temperatur fällt, weist der Mikroprozessor 112 der Steuerungskonsole 110 den Mikroprozessor 107 der Stromsteuerkarte 105 an, dem Klimasteuersystem 55 Strom zu liefern, so dass das Klimasteuersystem 55 dem Inneren 15 des Lastkraftwagens 10 Hitze über ein Ventil 114 liefert. Wenn die tatsächliche Temperatur im Lastkraftwagen 10 über die bedienerausgewählte Temperatur steigt, weist die Steuerkonsole 110 das Klimasteuersystem 55 über die Mikroprozessoren 107, 112 und die Stromsteuerkarte 105 an, dem Inneren 15 des Lastkraftwagens 10 gekühlte Luft über das Ventil 114 zu liefern. Um die Temperaturregulierung des Lastkraftwagens 10 zu unterstützen, kann die Steuerungskonsole 110 mit einem Schalter (nicht gezeigt) mit „Warm"- und „Kühl"-Positionen versehen sein. Wenn der Schalter in der „Warm"-Position ist, liefert das Klimasteuersystem 55 keine gekühlte Luft. Wenn der Schalter in der „Kühl"-Position ist, liefert das Klimasteuersystem 55 keine Wärme an.
Vorzugsweise ist die Steuerkonsole 110 auch mit einer Flüssigkristallanzeige versehen, um dem Bediener Temperaturinformationen und Temperaturreguliersystem-50-Informationen zu liefern. Der Mikroprozessor 112 der Steuerkonsole 110 und der Mikroprozessor 107 der Stromsteuerkarte 105 kommunizieren miteinander über ein Kabel 115.
Ein Betrieb des Temperatursteuersystems 50 erschöpft die Ladung der Sekundärbatterien 60. Daher wird, um die Sekundärbatterien wieder aufzuladen, während der Motor 18 läuft, eine Ladungsspule 120 vorgesehen. Die Ladungsspule 120 ist mit dem Zündungsschalter 16 und der Erdung 37 durch den negativen Anschluss 34 der Primärbatterie 30 verbunden. Wenn der Zündungsschalter 16 in der Ein-Position ist, verbindet die Ladungsspule 120 den positiven Anschluss 32 der Primärbatterie 30 mit den positiven Anschlüssen 62 der Sekundärbatterien 60. Wenn diese Verbindung hergestellt ist, lädt der von der Lichtmaschine gelieferte Ladestrom die Sekundärbatterien 60 auf. Auch wenn das Temperaturregulierungssystem 50 beabsichtigterweise verwendet wird, wenn der Zündungsschalter 16 in der Aus-Position ist, ist es möglich, das Temperatursteuersystem 50 laufen zu lassen, wenn der Zündungsschalter 16 in der Ein-Position ist. In diesem Fall wird die Klimasteuereinheit 55 durch eine Kombination des Ladestroms, der Primärbatterie 30 und der Sekundärbatterie 60 angetrieben.
Der Lastkraftwagen 10 kann auch mit einem weiteren Heiz- und/oder Luftklimatisierungssystem versehen sein, welches von der Primärbatterie 30 angetrieben wird, und das dazu dient, verwendet zu werden, wenn der Lastkraftwagen 10 läuft. Diese Systeme können als eine Ergänzung zum Temperaturregulierungssystem 50 verwendet werden, um die Temperatur der Kabine 15 zu regulieren, während der Lastkraftwagen 10 gefahren wird. Der Betrieb dieser zusätzlichen Systeme ist unabhängig vom Temperaturregulierungssystem 50.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der Erfindung detailliert beschrieben worden sind, versteht es sich, dass die Erfindung nicht dementsprechend bezüglich ihres Schutzumfangs beschränkt ist, sondern alle Änderungen und Modifikationen beinhaltet, die in den Geist und die Ausdrücke der hieran angehängten Ansprüche fallen. Als ein Beispiel kann das Temperaturregulierungssystem 50 einfach angepasst werden, um den Feuchtegehalt der Luft im Inneren des Lastkraftwagens durch Ersetzen oder Ergänzen der Wärmepumpen/Luftklimatisierungseinheit 55 mit einem Befeuchter und/oder einem Entfeuchter zu versehen.
Andere Modifikationen und Hinzufügungen beinhalten das Hinzufügen von Vorrichtungen, um die Primärbatterie 30 und/oder die Sekundärbatterien 60 unter Verwendung einer konventionellen elektrischen Stromsteckdose wieder aufzuladen, die Verwendung einer gleichstromangetriebenen Klimasteuereinheit 55, die somit die Notwendigkeit für einen Wechselrichter 70 eliminiert, und Bereitstellen einer Vorrichtung, um das Temperaturregulierungssystem 50 anzuweisen, mit dem Liefern von erhitzter oder gekühlter Luft zum Lastkraftwagen 10 von einem entfernten Ort aus zu beginnen.

Claims

Lastkraftwagen (10), umfassend eine zum Starten eines Motors (18) verbundene Primärbatterie (30); eine Klimatisierungssteuereinheit (55) zum Steuern der Temperatur eines Inneren des Lastkraftwagens (10); eine zur Regulierung der Klimatisierungssteuereinheit (55) verbundene Steuerungskonsole (110); eine Sekundärbatterie (60), gekennzeichnet durch einen Wechselrichter (70), der verbunden ist, um Gleichstrom von der Sekundärbatterie (60) zu erhalten, wobei der Wechselrichter (70) die Gleichspannung in eine, der Klimatisierungssteuereinheit (55) zuzuführende, Wechselspannung wandelt.
Lastkraftwagen gemäß Anspruch 1, wobei der Motor (18) ein Innenverbrennungsmotor ist.
Lastkraftwagen gemäß Anspruch 1, wobei der Motor (18) ein Dieselmotor ist.
Lastkraftwagen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Zündungsschalter (16) mit einer Ein-Position und einer Aus-Position; und eine Ladungsspule (120), welche die Primärbatterie (30) mit der Sekundärbatterie (60) verbindet, wenn der Zündungsschalter (16) sich in der Ein-Position befindet, zum Zweck des Ladens der Sekundärbatterie (60).
Lastkraftwagen gemäß Anspruch 4, wobei der Zündschalter (16) mit dem Motor (18) so gekoppelt ist, dass der Motor nur läuft, wenn der Zündschalter (16) in der Ein-Position ist und der Motor (16) nicht läuft, wenn der Zündschalter in der Aus-Position ist, und die Klimatisierungssteuereinheit (55) die Temperatur des Inneren des Lastkraftwagens (10) steuert, wenn der Zündungsschalter (16) in der Aus-Position ist.
Lastkraftwagen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Wechselrichter (70) mit einem entfernten Start/Stop-Schalter (100) versehen ist.
Lastkraftwagen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Wechselrichter (70) mit einem Batteriezustandsmessgerät (97) versehen ist.
Lastkraftwagen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anordnung so ist, dass eine gewünschte Temperatur durch einen Bediener an der Steuerungskonsole (110) ausgewählt werden kann und die Klimatisierungssteuereinheit (110) so eingerichtet ist, dass sie das Innere des Lastkraftwagens (10) auf die ausgewählte Temperatur erwärmt, wenn die Temperatur des Inneren des Lastkraftwagens (10) unter die ausgewählte Temperatur fällt und die Klimatisierungssteuereinheit (110) das Innere des Lastkraftwagens (10) auf die ausgewählte Temperatur kühlt, wenn die Temperatur des Inneren des Lastkraftwagens (10) über die ausgewählte Temperatur steigt.
Lastkraftwagen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Innere des Lastkraftwagens in ein Fahrabteil (15) und einen Schlafabteil (40) unterteilt ist und die Klimatisierungssteuereinheit (55) die Temperatur des Fahr- und des Schlafabteils (15, 40) steuert.
Lastkraftwagen gemäß Anspruch 9, wobei eine gewünschte Temperatur durch einen Bediener an der Steuerungskonsole (110) ausgewählt werden kann und die Klimatisierungssteuereinheit (110) so eingerichtet ist, dass sie die Fahr- und Schlafabteile (15, 40) auf die ausgewählte Temperatur erwärmt, wenn die Temperatur der Fahrund Schlafabteile (15, 40) unter die ausgewählte Temperatur fällt und die Klimatisierungssteuereinheit die Fahr- und Schlafabteile (15, 40) auf die ausgewählte Temperatur kühlt, wenn die Temperatur der Fahr- und Schlafabteile (15, 40) über die ausgewählte Temperatur steigt.
Lastkraftwagen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Innere des Lastkraftwagens in ein Fahrabteil (15) und einen Schlafabteil (40) unterteilt ist und die Klimatisierungssteuereinheit (55) die Temperatur des Schlafabteils (15, 40) steuert.
Lastkraftwagen gemäß Anspruch 11, wobei eine gewünschte Temperatur durch einen Bediener ausgewählt werden kann und die Klimatisierungssteuereinheit (110) so eingerichtet ist, dass sie das Schlafabteil (40) auf die ausgewählte Temperatur erwärmt, wenn die Temperatur des Schlafabteils (40) unter die ausgewählte Temperatur fällt und die Klimatisierungssteuereinheit (110) das Schlafabteil (40) auf die ausgewählte Temperatur kühlt, wenn die Temperatur des Schlafabteils (40) über die ausgewählte Temperatur steigt.
Lastkraftwagen gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Klimatisierungssteuereinheit die Temperatur des Schlafabteils (40) steuert, wenn der Zündungsschalter (16) in der Aus-Position ist.
Lastkraftwagen gemäß Anspruch 9, weiterhin umfassend eine Mikroprozessor (107) gesteuerte Stromsteuerkarte (105), die zum Regulieren des Betriebs der Klimatisierungssteuereinheit (55) verbunden ist, durch Steuern einer Zufuhr von Elektrizität zur Klimatisierungssteuereinheit (55) , wobei eine gewünschte Temperatur durch einen Bediener an der Steuerungskonsole (110) ausgewählt werden kann, die Steuerungskonsole (110) durch einen Mikroprozessor (110) gesteuert wird, die Steuerungskonsole (110) zum Kommunizieren mit und Anweisen der Stromsteuerkarte (105) verbunden ist und die Stromsteuerkarte (105) die Klimatisierungssteuereinheit (55) reguliert, um das Schlafabteil (40) auf die ausgewählte Temperatur zu erwärmen, wenn die Temperatur des Schlafabteils (40) unter die ausgewählte Temperatur fällt und die Klimatisierungssteuereinheit (110) das Schlafabteil (40) auf die ausgewählte Temperatur kühlt, wenn die Temperatur des Schlafabteils (40) über die ausgewählte Temperatur steigt.