EP3294578A1 - Fahrzeugklimatisierungsanlage und betriebsverfahren - Google Patents

Fahrzeugklimatisierungsanlage und betriebsverfahren

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EP3294578A1
EP3294578A1 EP16720427.0A EP16720427A EP3294578A1 EP 3294578 A1 EP3294578 A1 EP 3294578A1 EP 16720427 A EP16720427 A EP 16720427A EP 3294578 A1 EP3294578 A1 EP 3294578A1
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EP
European Patent Office
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vehicle
heating device
cooling
conditioning system
circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16720427.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Neumeister
Achim Wiebelt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3294578A1 publication Critical patent/EP3294578A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a vehicle air conditioning system.
  • the invention also relates to a vehicle air conditioning system for air conditioning a vehicle interior and a vehicle equipped with such a vehicle air conditioning system.
  • the present invention relates to the use of a thermoelectric heater.
  • a vehicle air conditioning system typically includes a refrigerant circuit in which a refrigerant circulates and which has an evaporator for cooling an air flow.
  • a refrigerant circuit also includes a condenser and a refrigerant pump for driving the refrigerant in the refrigerant circuit.
  • Heat can be delivered to a heat sink, in particular to the surroundings of the vehicle, via the condenser. Heat can be removed from the airflow via the evaporator. Both in the condenser and in the evaporator, a phase change in the refrigerant takes place in such a cooling process, as a result of which such a cooling circuit works particularly efficiently.
  • a heating device may for example be designed as a heat exchanger and integrated into a cooling circuit of the vehicle, which is used for cooling components of the vehicle. Waste heat of these vehicle components can be used via the cooling circuit and the heat exchanger for heating the air flow.
  • electrically operated heating devices so that the air flow can be heated even if no waste heat is generated in the cooling circuit. This is the case, for example, during a start-up phase or warm-up phase of the vehicle.
  • Such a heating device can also be useful with regard to the air flow downstream of the evaporator.
  • Fers of the refrigerant circuit may be arranged, whereby a reheating of the cooled with the aid of the evaporator air flow is possible, so-called "re-heat function.”
  • re-heat function a reheating of the cooled with the aid of the evaporator air flow is possible.
  • re-heat function can with the help of the refrigerant circuit of the air flow in the evaporator below the dew point This is used on the one hand to increase comfort and on the other hand can be used for the rapid removal of a window fitting.
  • thermodynamic conditions for the functioning of the cycle running in the refrigeration circuit must first be created in the refrigeration cycle.
  • the evaporator must therefore be cooled and the condenser heated by way of a corresponding circulation of the refrigerant.
  • the entire thermal mass of the circuit must be derived from the equilibrium equilibrium. be moved.
  • the refrigerant circuit has a certain thermal inertia. Only when the cooling circuit reaches a cooling operation phase with a functioning cyclic process after passing through the start-up phase, it can significantly dissipate heat from the air flow via the evaporator.
  • thermoelectric heat exchanger which can be used for heating or for cooling a medium.
  • the thermoelectric heat exchanger is equipped with thermoelectric elements that can convert an electric current into a heat flow.
  • the thermoelectric elements use the so-called Peltier effect and can therefore also be called Peltier elements.
  • the Peltier elements have two thermally active sides facing away from each other. Depending on the polarity of the DC current applied to the respective Peltier element, a heat flow takes place from one thermally active side to the other thermally active side or vice versa.
  • thermoelectric elements depending on the polarity of the current applied to the thermoelectric elements, heating of a first medium and thus cooling of a second medium or vice versa can be effected with the aid of the known heat exchanger, wherein the first medium and the second medium are media-separated, but heat-transferring in the heat exchanger via the heat exchanger thermoelectric elements are coupled together.
  • the present invention is concerned with the problem of specifying an improved embodiment for a method for operating a vehicle air conditioning system or for a vehicle air conditioning system or for a vehicle equipped therewith, which is characterized in particular by increased comfort for the vehicle occupants.
  • This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • the invention is based on the general idea of combining a refrigeration circuit, which has an evaporator for cooling an air flow, with a thermoelectric heating device which can be used to heat the air flow, said heating device being operated as a cooler during a start-up phase of the refrigeration circuit, if necessary ,
  • a thermoelectric heating device which can be used to heat the air flow
  • heat can already be withdrawn from the air stream during the startup phase of the refrigeration circuit with the aid of the thermoelectric heating device, so that a cooling of the airflow supplied to the vehicle interior can be realized immediately after activation of the refrigeration cycle.
  • the cooling of the vehicle interior is responsive to the commissioning of the refrigerant circuit, which is immediately felt by the vehicle occupants and is perceived as a gain in comfort.
  • thermoelectric heater is operated as a cooler when activating the refrigeration circuit to provide a noticeable cooling of the air flow already during, and only during the start-up phase of the refrigerant circuit, during which a significant cooling of the air flow through the evaporator is not yet possible.
  • the thermodynamic cycle occurs with the phase change of the refrigerant in the evaporator and the phase change of the refrigerant in the condenser. As soon as this cyclic process has started, enough cooling power can be provided, so that it is no longer necessary to operate the heating device as a cooler, which is also not sensible from an energy point of view.
  • the thermoelectric heater is operated as needed only during the start-up phase of the refrigeration circuit as a cooler.
  • a situation ie such a need arises primarily when the vehicle is heated after a long period of standstill, for example by solar radiation, and in particular the essential components of the refrigeration circuit, such as evaporator, condenser, refrigerant pump and refrigerant substantially ambient temperature have.
  • the essential components of the refrigeration circuit such as evaporator, condenser, refrigerant pump and refrigerant substantially ambient temperature have.
  • a heat shift takes place within the refrigeration cycle until the thermodynamic conditions for a functioning of the refrigeration cycle process are present.
  • This process takes time, so that the cooling by the refrigeration circuit can only be delayed in use, namely after the start-up phase of the refrigerant circuit.
  • the time required for this purpose can be bridged by the proposal according to the invention, since with the operation of the thermoelectric heater as a cooler quasi immediate cooling can be realized, which leads to the mentioned comfort gain.
  • the heater is arranged in the channel downstream of the evaporator in order to possibly realize the re-heat function can.
  • the heating device is deactivated or operated as a heater, which supplies heat to the air flow.
  • the heating device is used to realize the abovementioned re-heat function.
  • the cooling operation phase of the refrigeration circuit is present as soon as heat can be pulled out of the air flow noticeably via the evaporator. This is usually the case when the cycle with the phase changes of the refrigerant works. Since the thermal output of such a cooling circuit is significantly greater than the thermal output of such a thermoelectric heating device, the cooling power which can additionally be achieved with the aid of the heating device becomes, with regard to the overall energy efficiency of the vehicle air conditioning system.
  • This cooling operation phase comprises, on the one hand, a nominal operating phase of the refrigeration circuit, which is designed for continuous operation of the refrigeration circuit, and a transient operating phase, which continues from the startup phase up to the nominal operating phase.
  • the cooling circuit can already effect a significant cooling of the air flow after the start-up phase and before its nominal operating phase, so that after a comparatively short time the heating device no longer has to be operated as a cooler.
  • the heating device can be operated as long as a cooler until a cooling capacity of the refrigerant circuit reaches a predetermined power limit. The heater is then deactivated as soon as the cooling capacity of the refrigeration circuit reaches this power limit.
  • a suitable control device can, for example, monitor at least one parameter correlating with the cooling capacity in order to be able to determine the achievement of the power limit value.
  • Such a parameter may be, for example, the actual temperature difference between the uncooled air flow and the evaporator, or the actual temperature difference between the uncooled air flow and the refrigerant upstream of the evaporator.
  • the heater is operated with direct current, wherein the heater is supplied to operate as a heater with a first polarity with direct current, while it is supplied to operate as a cooler with a polarity inverse to the second polarity with direct current.
  • the heating device operates with at least one thermoelectric element which converts electrical current into heat flow, wherein the direction of the heat flow within the thermoelectric element is determined by the polarity of the direct current applied thereto.
  • the operating method according to the invention is preferably used during a cold start of the vehicle, ie when essential components of the vehicle have substantially ambient temperature.
  • a cooling requirement for the vehicle interior exists during cold start of the vehicle, for example, when the vehicle was exposed to sunlight, which can result in comparatively high temperatures in the vehicle interior.
  • the vehicle air-conditioning system is equipped with a "cool-down function" or with a "cool-max function” that can be manually switched on by the vehicle driver in order to cool the vehicle interior as quickly as possible to a comfortable temperature.
  • the additional cooling of the air flow during the start-up phase of the refrigerant circuit via the thermoelectric heater is only performed when the above-mentioned cool-down function is activated.
  • the cooling circuit is also activated to cool the vehicle interior, but the associated cooling of the air flow takes place only after the start-up phase, ie with a time delay. As a result, electrical energy can be saved.
  • the cool-down function can be activated manually by the vehicle user, for example via an appropriate control element on the dashboard of the vehicle. If the vehicle user desires the increased comfort, he can by actuating the cool-down function, the immediate start of the cooling effect, so that according to the operating method described above during the start-up phase of the refrigeration cycle, the heater is operated as a cooler.
  • an automatic activation of the cool-down function may also be provided, for example when between the current temperature of the vehicle interior and the desired target temperature for the vehicle interior. nenraum a temperature difference is present, which is greater than a predetermined and preferably adjustable Temperaturdifferenzg value.
  • the cool-down function is automatically activated when the cooling circuit is activated when the temperature difference between the actual temperature and target temperature of the vehicle interior is greater than 10 ° C or greater than 15 ° C or greater than 20 ° C is.
  • a vehicle air conditioning system which is used for air conditioning a vehicle interior, is equipped with at least one channel for guiding an air flow to the vehicle interior. Further, the vehicle air conditioning system comprises a refrigerant circuit in which a refrigerant circulates and which has an evaporator arranged in the channel for cooling the air flow. Furthermore, the vehicle air conditioning system is equipped with a likewise arranged in the channel thermoelectric heater for heating the air flow. Finally, the vehicle air conditioning system is equipped with a controller for operating the vehicle air conditioning system that is coupled to the refrigerant circuit and to the heater and that is also configured to control the vehicle air conditioning system to perform the operating method described above.
  • the heating device is expediently arranged in the air path downstream of the evaporator in order, if appropriate, to be able to realize the abovementioned re-heat function.
  • the heating device can have at least one thermoelectric element that converts an electrical current into a heat flow.
  • the direction of the heat flow is dependent on the polarity of the electrical current applied to the respective thermoelectric element, which is a direct current, so depending on the polarity the direct current, with the respective thermoelectric element is operated, heat supplied to the air flow or withdrawn from the air flow.
  • the heating device may comprise a heat exchanger, which is integrated into a cooling circuit in which a coolant circulates and which serves for cooling at least one component of the vehicle.
  • the vehicle may be equipped with an electric drive in which comparatively much heat is generated during operation.
  • the electric drive can be cooled with the help of the cooling circuit.
  • Components with a cooling requirement of such an electric drive are, for example, an electric motor, a battery and power electronics.
  • the active cooling of these components increases the service life of these components and, on the other hand, the service life, in particular the range of the vehicle.
  • thermoelectric element of the aforementioned type can be integrated in the abovementioned heat exchanger.
  • the heater is incorporated on the one hand in the air path of the vehicle air conditioning system and on the other hand in the cooling circuit, whereby the overall energy balance of a vehicle equipped with it can be improved.
  • the heating device can then be configured in particular like the thermoelectric heat exchanger known from DE 10 2009 058 673 A1.
  • the evaporator and the heater may be disposed in a common housing.
  • the heater is an integral part of an air conditioner, which includes the channel, the evaporator and the heater in a common housing.
  • flap arrangements and the like brought with which a mixing ratio of hot air and cold air on the one hand and a mixing ratio of fresh air and circulating air on the other hand can be set.
  • flap arrangements By means of such flap arrangements, the distribution of the conditioned air flow to different Luftausströmdüsen be controlled.
  • a two- or multi-zone operation can be realized.
  • a control device for operating the vehicle air conditioning system can be arranged in this housing.
  • An inventive vehicle comprises a vehicle interior and a vehicle air conditioning system of the type described above.
  • the vehicle is also equipped with an electric drive, which is cooled by means of a cooling circuit in which a coolant circulates and which has a arranged in the channel of the vehicle air conditioning heat exchanger. In this way, with the help of the waste heat of the electric drive, the air flow can be heated.
  • the heat exchanger of the cooling circuit may be a component of the thermoelectric heating device of the vehicle air conditioning system.
  • the thermoelectric heater consists of the heat exchanger, in which at least one thermoelectric element is integrated.
  • the electric drive of the vehicle expediently comprises at least one electric motor, at least one battery and at least one power electronics. At least one of these components can be cooled by means of the cooling circuit.
  • both the electric motor, battery and power electronics are cooled by means of the cooling circuit.
  • a thernnoelektnsche heater which is arranged downstream of an evaporator of a refrigerant circuit, according to the invention can be used during a start-up phase of the refrigerant circuit for cooling an air flow.
  • the sole FIGURE 1 shows a circuit diagram-like schematic representation of a vehicle that is equipped with a vehicle air conditioning system.
  • a vehicle 1 comprises a vehicle interior 2 and a vehicle air conditioning system 3 for air conditioning the vehicle interior 2 and an electric drive 4.
  • the vehicle 1 can be configured as an electric vehicle which has only this electric drive 4 for driving the vehicle 1.
  • the vehicle 1 may be designed as a hybrid vehicle, which has the electric drive 4 in addition to an internal combustion engine, not shown here, for driving the vehicle 1.
  • a hybrid vehicle is conceivable in which an internal combustion engine as a so-called Range Ex- tender is used to provide electrical power for operating the electric drive 4, so that the drive of the vehicle by the electric drive and not by the internal combustion engine takes place.
  • the vehicle 1 is also equipped with a cooling circuit 5, which serves to cool the electric drive 4.
  • the electric drive 4 has at least one electric motor 6, at least one battery 7 and a power electronics 8, which controls an electrical supply of the electric motor 6 with electric power from the battery 7.
  • the power electronics 8 can control a charging of the battery 7 during a generator operation of the electric motor 6.
  • the cooling circuit 5 is coupled in a heat-transmitting manner with at least one component of the electric drive 4 in order to bring about cooling of the respective component.
  • the cooling circuit 5 is coupled with all three components shown, so with the electric motor 6, with the battery 7 and the power electronics 8 heat transfer.
  • the cooling circuit 5 circulates a coolant.
  • the cooling circuit 5 contains a heat exchanger 9 and a coolant pump 10 for driving the coolant in the cooling circuit 5.
  • the vehicle air conditioning system 3 which can also be referred to as air conditioning system 3 in the following, comprises at least one duct 1 1 for guiding an air flow 12, indicated by an arrow, to the vehicle interior 2. Furthermore, the air conditioning system 3 is equipped with a refrigeration circuit 13 in which a refrigerant flows circulates, which has an evaporator 14, a condenser 15 and a refrigerant pump 16. The evaporator 14 is arranged in the channel 1 1 and serves to cool the air flow 12. The condenser 15 supplies the heat extracted from the air flow 12 to an environment 17 of the vehicle 1.
  • the air conditioner 3 also comprises a thermoelectric heater 18, which is also arranged in the channel 1 1 and is expediently arranged with respect to the air flow 12 downstream of the evaporator 14. The heater 18 is for heating the air flow 12. Further, the air conditioner 3 is equipped with a blower 19 which drives the air flow 12. For example, 19 air can be sucked from the environment 17 with the help of the fan.
  • the air conditioner 3 a common housing 20 for the heater 18, the evaporator 14 and the fan 19.
  • control device 21 which serves to operate the air conditioning system 3 and which is suitably coupled to all controllable components of the air conditioning system 3 for this purpose.
  • control lines 22 are indicated, via which the control device 21 is connected to the heating device 18, the coolant pump 10, the refrigerant pump 16 and the fan 19.
  • the control device 21 is further coupled to a further power electronics 23, which serves to operate the heating device 18. In the example of FIG. 1, this power electronics 23 is integrated in the control device 21.
  • control device 21 is basically coupled to other components of the air conditioning system 3, such as with a temperature sensor, not shown here, which can measure, for example, the current actual temperature of the vehicle interior 2. In particular, an actual temperature difference between the actual temperature and the setpoint temperature of the vehicle interior 2 can thereby also be determined.
  • the heating device 18 has at least one thermoelectric element 24, which is configured as a Peltier element and which accordingly has an electrical element. see electricity converts into a heat flow.
  • the heater 18 includes a plurality of such thermoelectric elements 24.
  • this heat exchanger 9 forms part of the heater 18, such that in the heat exchanger 9, the respective thermoelectric element 24 is integrated.
  • the air flow 12 can be heated.
  • the respective thermoelectric element 24 heat can be transferred either from the air flow 12 to the coolant or from the coolant to the air flow 12.
  • the respective vehicle occupant can automatically trigger or activate a cool-down function manually or via the control device 21.
  • This includes, on the one hand, activation of the refrigeration circuit 13 and, on the other hand, operation of the heating device 18 as a cooler during a start-up phase of the refrigeration circuit 13.
  • the heating device 18 provided for heating is used as a cooler during the start-up phase of the refrigeration circuit 13.
  • thermodynamic equilibrium that occurs in the refrigerant circuit 13 in the deactivated state, must be moved to start the thermodynamic cycle, during a cooling phase of the refrigerant circuit 13 by the respective phase change of the refrigerant in the evaporator 14 an efficient heat absorption and in the condenser 15 allows efficient heat dissipation.
  • this start-up phase of the cooling circuit 13 however, there is no appreciable cooling of the air flow 12 that can be felt by the vehicle occupants in the vehicle interior 2 possible.
  • the heater 18 is controlled by the control device 21 as a cooler during the cool-down operation. This is done, for example, by a corresponding energization of the respective thermoelectric element 24.
  • the heater 18 or the respective thermoelectric element 24 is supplied to operate as a heater with a first polarity with DC, while the heater 18 and the respective thermoelectric element 24th to operate as a cooler with a second polarity is supplied with direct current, which is reversed to the first polarity, that is inverse.
  • the cool-down function is activated, the air flow 12 is cooled during the start-up phase of the cooling circuit 13 by means of the heating device 18, which is operated by the control device 18 as a cooler for this purpose. Since this cool-down function is carried out in particular during a cold start of the vehicle 1, as a rule, there is still no cooling requirement for the electric drive 4, so that a heat emission into the coolant of the cooling circuit 5 is possible. In particular, therefore, the cooling circuit 5 can be used for cooling the air flow 12.
  • the heating device 18 is deactivated by the control device 21. As soon as the cooling circuit 13 has reached its nominal operating phase and the cool-down function is deactivated, the heating device 18 can be operated with the aid of the control device 21 to realize a re-heat function as heating. However, as soon as sufficient waste heat is generated in the electric drive 4, this re-heat function can also be realized via the cooling circuit 5 in conjunction with the heat exchanger 9, so that the respective thermoelectric element 24 can be deactivated.
  • the heating device 18 can be operated as a cooler until a cooling capacity of the cooling circuit 13 reaches a predetermined power limit. worth achieved. If this power limit value is then reached, the heating device 18 is deactivated, that is to say a deactivation of the cooling function of the heating device 18.
  • the cool-down function can be deactivated manually by the vehicle occupant. It can also be deactivated on a scheduled basis. It is also conceivable to deactivate the cool-down function in a temperature-controlled manner; for example, it may be provided to deactivate the cool-down function as soon as the temperature difference between the actual temperature and the setpoint temperature in the vehicle interior 2 is less than 5 ° C.
  • control device 21 it is conceivable to design the control device 21 so that the heating device 18 is operated as a cooler each time the refrigerant circuit 13 is started up during the startup phase.
  • an energetically favorable embodiment is preferred in which, when the cooling circuit 13 is activated during the start-up phase, the heating device 18 is operated as a cooler only when the abovementioned cool-down function is activated.
  • This can be activated automatically, for example, by the control unit 21 when a temperature difference between the current actual temperature of the vehicle interior 2 and the target temperature of the interior 2 desired by the vehicle driver is a temperature difference that is greater than a predetermined temperature difference, for example 10 ° C can be.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeug-klimatisierungsanlage (3), die einen Kältekreis (13), in dem ein Kältemittel zirkuliert und der einen Verdampfer (14) zum Kühlen eines Luftstroms (12) aufweist, sowie eine thermoelektrische Heizeinrichtung (18) zum Heizen des Luftstroms (12) aufweist, wobei die Heizeinrichtung (18) und der Verdampfer (14) in einem zu einem Fahrzeuginnenraum (2) führenden Kanal (11) angeordnet sind. Zum Abkühlen des Fahrzeuginnenraums (2) wird der Kältekreis (13) aktiviert. Eine Komfortverbesserung durch ein fühlbar rasches Ansprechen der Innenraumkühlung wird dadurch erreicht, dass während einer Anlaufphase des Kältekreises (13) die Heizeinrichtung (18) als Kühler betrieben wird, sodass die Heizeinrichtung (18) dem Luftstrom (12) Wärme entzieht.

Description

Fahrzeugklimatisierungsanlage und Bethebsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimatisierungsanlage. Die Erfindung betrifft außerdem eine Fahrzeugklimatisierungsanlage zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums sowie ein mit einer derartigen Fahrzeugklimatisierungsanlage ausgestattetes Fahrzeug. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer thermoelektrischen Heizeinrichtung.
Eine Fahrzeugklimatisierungsanlage umfasst üblicherweise einen Kältekreis, in dem ein Kältemittel zirkuliert und der einen Verdampfer zum Kühlen eines Luftstroms aufweist. Üblicherweise umfasst ein derartiger Kältekreis außerdem einen Kondensator sowie eine Kältemittelpumpe zum Antreiben des Kältemittels im Kältekreis. Über den Kondensator kann Wärme an eine Wärmesenke, insbesondere an die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben werden. Über den Verdampfer kann Wärme dem Luftstrom entzogen werden. Sowohl im Kondensator als auch im Verdampfer findet bei einem solchen Kälteprozess ein Phasenwechsel im Kältemittel statt, wodurch ein derartiger Kältekreis besonders effizient arbeitet. Ferner ist es üblich, eine Fahrzeugklimatisierungsanlage mit wenigstens einer Heizeinrichtung auszustatten, mit deren Hilfe der Luftstrom beheizt werden kann. Eine derartige Heizeinrichtung kann beispielsweise als Wärmeübertrager ausgestaltet und in einen Kühlkreis des Fahrzeugs eingebunden sein, der zum Kühlen von Komponenten des Fahrzeugs dient. Abwärme dieser Fahrzeugkomponenten kann über den Kühlkreis und den Wärmeübertrager zum Heizen des Luftstroms genutzt werden. Ferner ist es bekannt, elektrisch betriebene Heizeinrichtungen zu verwenden, damit auch dann der Luftstrom beheizt werden kann, wenn im Kühlkreis noch keine Abwärme anfällt. Dies ist beispielsweise während einer Startphase oder Aufwärmphase des Fahrzeugs der Fall. Eine derartige Heizeinrichtung kann zweckmäßig auch bezüglich des Luftstroms stromab des Verdamp- fers des Kältekreises angeordnet sein, wodurch eine Nachheizung des mit Hilfe des Verdampfers abgekühlten Luftstroms möglich ist, sogenannte„Re-Heat- Funktion". In Verbindung mit einer derartigen Re-Heat-Funktion kann mit Hilfe des Kältekreises der Luftstrom im Verdampfer unter den Taupunkt abgekühlt und anschließend in der Heizeinrichtung auf die gewünschte Zieltemperatur aufgeheizt werden, wodurch letztlich eine Trocknung des dem jeweiligen Fahrzeuginnenraum zugeführten Luftstroms erreicht wird. Dies dient einerseits zur Komfortsteigerung und kann andererseits zum raschen Entfernen eines Scheibenbeschlags genutzt werden.
Nach einem längeren Stillstand des Fahrzeugs liegt bei allen Komponenten des Fahrzeugs und insbesondere auch bei allen Komponenten der Fahrzeugklimatisierungsanlage Umgebungstemperatur vor. Beim Start des Fahrzeugs steht somit weder die volle Heizleistung der Fahrzeugklimatisierungsanlage noch die volle Kühlleistung der Fahrzeugklimatisierungsanlage zur Verfügung. Damit bei einem derartigen Kaltstart des Fahrzeugs rasch eine Aufheizung des Fahrzeuginnenraums möglich ist, kann eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art zum Einsatz kommen. Ist dagegen beim Kaltstart des Fahrzeugs ein rasches Abkühlen des Fahrzeuginnenraums gewünscht, wird der Kältekreis der Fahrzeugklimatisierungsanlage aktiviert, der jedoch erst eine Anlaufphase durchlaufen muss, bevor er über den Verdampfer spürbar Wärme aus dem Luftstrom herausziehen kann. Während dieser Anlaufphase müssen im Kältekreis zunächst die thermodynamischen Bedingungen zum Funktionieren des im Kältekreis ablaufenden Kreisprozesses geschaffen werden. Ausgehend von einer Ruhephase des Kältekreises, in der die wesentlichen Komponenten des Kältekreises Umgebungstemperatur aufweisen, müssen also über eine entsprechende Zirkulation des Kältemittels der Verdampfer abgekühlt und der Kondensator aufgeheizt werden. Mit anderen Worten, die gesamte thermische Masse des Kältekreises muss aus dem sich in der Ruhephase einstellenden Gleichgewicht her- ausbewegt werden. Hierdurch besitzt der Kältekreis eine gewisse thermische Trägheit. Erst wenn der Kältekreis nach dem Durchlaufen der Anlaufphase eine Kühlbetriebsphase mit funktionierendem Kreisprozess erreicht, kann er über den Verdampfer merklich Wärme aus dem Luftstrom abführen.
Aus der DE 10 2009 058 673 A1 ist ein thermoelektrischer Wärmetauscher bekannt, der zum Heizen oder zum Kühlen eines Mediums verwendet werden kann. Hierzu ist der thermoelektrische Wärmetauscher mit thermoelektrischen Elementen ausgestattet, die einen elektrischen Strom in einen Wärmestrom umwandeln können. Die thermoelektrischen Elemente nutzen hierbei den sogenannten Pel- tier-Effekt und können daher auch als Peltier-Elemente bezeichnet werden. Die Peltier-Elemente besitzen zwei voneinander abgewandte thermisch aktive Seiten. Je nach Polarität des an das jeweilige Peltier-Element angelegten Gleichstroms erfolgt ein Wärmestrom von der einen thermisch aktiven Seite zur anderen thermisch aktiven Seite oder umgekehrt. Mit Hilfe des bekannten Wärmetauschers lässt sich somit je nach Polarität des an den thermoelektrischen Elementen angelegten Stroms ein Heizen eines ersten Mediums und somit ein Kühlen eines zweiten Mediums oder umgekehrt bewirken, wobei das erste Medium und das zweite Medium mediengetrennt, jedoch wärmeübertragend im Wärmetauscher über die thermoelektrischen Elemente miteinander gekoppelt sind.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimatisierungsanlage bzw. für eine Fahrzeugklimatisierungsanlage bzw. für ein damit ausgestattetes Fahrzeug eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen erhöhten Komfort für die Fahrzeuginsassen auszeichnet. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Kältekreis, der zum Kühlen eines Luftstroms einen Verdampfer aufweist, mit einer thermoelektrischen Heizeinrichtung zu kombinieren, die zum Heizen des Luftstroms verwendet werden kann, wobei im Bedarfsfall während einer Anlaufphase des Kältekreises diese Heizeinrichtung als Kühler betrieben wird. In der Folge kann bereits während der Anlaufphase des Kältekreises mit Hilfe der thermoelektrischen Heizeinrichtung Wärme aus dem Luftstrom entzogen werden, so dass unmittelbar nach dem Aktivieren des Kältekreises bereits eine Kühlung des dem Fahrzeuginnenraum zugeführten Luftstroms realisierbar ist. Somit spricht die Kühlung des Fahrzeuginnenraums unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Kältekreises an, was von den Fahrzeuginsassen sofort spürbar ist und als Komfortgewinn empfunden wird. Erfindungsgemäß wird somit die thermoelektrische Heizeinrichtung beim Aktivieren des Kältekreises als Kühler betrieben, um bereits während, und zwar nur während der Anlaufphase des Kältekreises, während der eine merkliche Kühlung des Luftstroms durch den Verdampfer noch nicht möglich ist, eine spürbare Kühlung des Luftstroms bereitzustellen. Während der Anlaufphase entsteht der ther- modynamische Kreisprozess mit Phasenwechsel des Kältemittels im Verdampfer und mit Phasenwechsel des Kältemittels im Kondensator. Sobald dieser Kreisprozess angelaufen ist, kann darüber genügend Kühlleistung bereitgestellt werden, so dass ein Betreiben der Heizeinrichtung als Kühler nicht mehr erforderlich ist, was aus energetischer Sicht auch nicht sinnvoll ist. Dementsprechend wird bei der Erfindung die thermoelektrische Heizeinrichtung im Bedarfsfall ausschließlich während der Anlaufphase des Kältekreises als Kühler betrieben. Eine derartige Situation, also ein derartiger Bedarfsfall tritt in erster Linie dann auf, wenn das Fahrzeug nach einem längeren Stillstand, beispielsweise durch Sonnenbestrahlung, aufgeheizt ist und insbesondere die wesentlichen Komponenten des Kältekreises, wie zum Beispiel Verdampfer, Kondensator, Kältemittelpumpe und Kältemittel im Wesentlichen Umgebungstemperatur besitzen. Während der Anlaufphase des Kältekreises erfolgt innerhalb des Kältekreises eine Wärmeverschiebung bis die thermodynamischen Bedingungen für ein Funktionieren des Kältekreisprozesses vorliegen. Dieser Vorgang benötigt Zeit, so dass die Kühlung durch den Kältekreis erst zeitlich verzögert einsetzen kann, nämlich nach der Anlaufphase des Kältekreises. Die hierzu erforderliche Zeit kann durch den erfindungsgemäßen Vorschlag überbrückt werden, da mit dem Betrieb der thermoelektrischen Heizeinrichtung als Kühler quasi unmittelbar eine Kühlung realisiert werden kann, was zum angesprochenen Komfortgewinn führt.
Zweckmäßig ist die Heizeinrichtung im Kanal stromab des Verdampfers angeordnet, um gegebenenfalls die Re-Heat-Funktion realisieren zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Heizeinrichtung während einer Kühlbetriebsphase des Kältekreises, die auf die Anlaufphase, vorzugsweise unmittelbar, folgt, deaktiviert oder als Heizung betrieben, die dem Luftstrom Wärme zuführt. Im letztgenannten Fall wird die Heizeinrichtung zur Realisierung der vorstehend genannten Re-Heat-Funktion genutzt. Die Kühlbetriebsphase des Kältekreises liegt vor, sobald über den Verdampfer spürbar Wärme aus dem Luftstrom herausgezogen werden kann. Dies ist in der Regel dann der Fall, wenn der Kreisprozess mit den Phasenwechseln des Kältemittels funktioniert. Da die thermische Leistung eines derartigen Kältekreises deutlich größer ist als die thermische Leistung einer derartigen thermoelektrischen Heizeinrichtung wird die zusätzlich mit Hilfe der Heizeinrichtung erzielbare Kühlleistung im Hinblick auf die energetische Gesamteffizienz der Fahrzeugklimatisie- rungsanlage nicht mehr benötigt, sobald der Kältekreis seine Kühlbetriebsphase erreicht. Diese Kühlbetriebsphase umfasst einerseits eine Nennbetriebsphase des Kältekreises, die für einen Dauerbetrieb des Kältekreises ausgelegt ist, sowie eine transiente Betriebsphase, die ab der Anlaufphase bis zur Nennbetriebsphase andauert. Mit anderen Worten, der Kältekreis kann nach der Anlaufphase und vor seiner Nennbetriebsphase bereits eine signifikante Kühlung des Luftstroms bewirken, so dass bereits nach einer vergleichsweise kurzen Zeit die Heizeinrichtung nicht mehr als Kühler betrieben werden muss.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Heizeinrichtung solange als Kühler betrieben werden, bis eine Kühlleistung des Kältekreises einen vorbestimmten Leistungsgrenzwert erreicht. Die Heizeinrichtung wird dann deaktiviert, sobald die Kühlleistung des Kältekreises diesen Leistungsgrenzwert erreicht. Eine geeignete Steuereinrichtung kann beispielsweise zumindest einen mit der Kühlleistung korrelierenden Parameter überwachen, um das Erreichen des Leistungsgrenzwerts feststellen zu können. Ein derartiger Parameter kann beispielsweise die aktuelle Temperaturdifferenz zwischen dem ungekühlten Luftstrom und dem Verdampfer sein oder die aktuelle Temperaturdifferenz zwischen dem ungekühlten Luftstrom und dem Kältemittel stromauf des Verdampfers.
Zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei der die Heizeinrichtung mit Gleichstrom betrieben wird, wobei die Heizeinrichtung zum Betreiben als Heizung mit einer ersten Polarität mit Gleichstrom versorgt wird, während sie zum Betreiben als Kühler mit einer zur ersten Polarität inversen zweiten Polarität mit Gleichstrom versorgt wird. Mit anderen Worten, die Heizeinrichtung arbeitet mit wenigstens einem thermoelektrischen Element, das elektrischen Strom in Wärmestrom wandelt, wobei die Richtung des Wärmestroms innerhalb des thermoelektrischen Elements durch die Polarität des daran anliegenden Gleichstroms bestimmt ist. Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren kommt bevorzugt während eines Kaltstarts des Fahrzeugs zur Anwendung, also dann, wenn wesentliche Komponenten des Fahrzeugs im Wesentlichen Umgebungstemperatur besitzen. Ein Kühlbedarf für den Fahrzeuginnenraum besteht beim Kaltstart des Fahrzeugs beispielsweise dann, wenn das Fahrzeug einer Sonnenbestrahlung ausgesetzt war, wodurch im Fahrzeuginnenraum vergleichsweise hohe Temperaturen entstehen können. Bei modernen Fahrzeugen ist die Fahrzeugklimatisierungsanlage mit einer„Cool-Down-Funktion" bzw. mit einer„Cool-Max-Funktion" ausgestattet, die vom Fahrzeugführer manuell eingeschaltet werden kann, um den Fahrzeuginnenraum möglichst rasch auf eine angenehme Temperatur abzukühlen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die zusätzliche Kühlung des Luftstroms während der Anlaufphase des Kältekreises über die thermo- elektrische Heizeinrichtung nur dann durchgeführt wird, wenn die vorstehend genannte Cool-Down-Funktion aktiviert ist. Ist diese Cool-Down-Funktion nicht aktiviert, wird zum Abkühlen des Fahrzeuginnenraums zwar ebenfalls der Kältekreis aktiviert, die damit einhergehende Abkühlung des Luftstroms erfolgt jedoch erst nach der Anlaufphase, also zeitlich verzögert. Hierdurch kann elektrische Energie eingespart werden. Die Cool-Down-Funktion kann vom Fahrzeugnutzer z.B. manuell aktiviert werden, z.B. über ein entsprechendes Bedienelement am Armaturenbrett des Fahrzeugs. Wünscht der Fahrzeugnutzer den erhöhten Komfort, kann er durch Betätigen der Cool-Down-Funktion das sofortige Anspringen der Kühlung bewirken, so dass gemäß dem vorstehend beschriebenen Betriebsverfahren während der Anlaufphase des Kältekreises die Heizeinrichtung als Kühler betrieben wird.
Bei einer anderen Ausführungsform kann zusätzlich oder alternativ zur manuellen Aktivierung auch eine automatische Aktivierung der Cool-Down-Funktion vorgesehen sein, beispielsweise dann, wenn zwischen der aktuellen Temperatur des Fahrzeuginnenraums und der gewünschten Zieltemperatur für den Fahrzeugin- nenraum eine Temperaturdifferenz vorliegt, die größer als ein vorbestimmter und vorzugsweise einstellbarer Temperaturdifferenzg renzwert ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Cool-Down-Funktion beim Aktivieren des Kältekreises automatisch dann eingeschaltet wird, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Ist-Temperatur und Soll-Temperatur des Fahrzeuginnenraums größer als 10°C oder größer als 15°C oder größer als 20°C ist.
Eine erfindungsgemäße Fahrzeugklimatisierungsanlage, die zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums dient, ist mit wenigstens einem Kanal zum Führen eines Luftstroms zum Fahrzeuginnenraum ausgestattet. Ferner umfasst die Fahrzeugklimatisierungsanlage einen Kältekreis, in dem ein Kältemittel zirkuliert und der einen im Kanal angeordneten Verdampfer zum Kühlen des Luftstroms aufweist. Ferner ist die Fahrzeugklimatisierungsanlage mit einer ebenfalls im Kanal angeordneten thermoelektrischen Heizeinrichtung zum Heizen des Luftstroms ausgestattet. Schließlich ist die Fahrzeugklimatisierungsanlage mit einer Steuerung zum Betreiben der Fahrzeugklimatisierungsanlage ausgestattet, die mit dem Kältekreis und mit der Heizeinrichtung gekoppelt ist und die außerdem so ausgestaltet bzw. programmiert ist, dass sie die Fahrzeugklimatisierungsanlage zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Betriebsverfahrens ansteuern kann.
Zweckmäßig ist die Heizeinrichtung im Luftpfad stromab des Verdampfers angeordnet, um gegebenenfalls die vorstehend genannte Re-Heat-Funktion realisieren zu können.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Heizeinrichtung zumindest ein thermoelektrisches Element aufweisen, das einen elektrischen Strom in einen Wärmestrom wandelt. Dabei ist die Richtung des Wärmestroms abhängig von der Polarität des am jeweiligen thermoelektrischen Element anliegenden elektrischen Stroms, bei dem es sich um einen Gleichstrom handelt, somit kann je nach Pola- rität des Gleichstroms, mit dem das jeweilige thermoelektrische Element betrieben wird, Wärme dem Luftstrom zugeführt oder aus dem Luftstrom abgezogen werden.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Heizeinrichtung einen Wärmeübertrager aufweisen, der in einen Kühlkreis eingebunden ist, in dem ein Kühlmittel zirkuliert und der zum Kühlen wenigstens einer Komponente des Fahrzeugs dient. Beispielsweise kann das Fahrzeug mit einem Elektroantrieb ausgestattet sein, in dem während des Betriebs vergleichsweise viel Wärme anfällt. Der Elektroantrieb kann mit Hilfe des Kühlkreises gekühlt werden. Komponenten mit Kühlbedarf eines derartigen Elektroantriebs sind beispielsweise ein Elektromotor, eine Batterie sowie eine Leistungselektronik. Die aktive Kühlung dieser Komponenten erhöht einerseits die Lebensdauer dieser Komponenten und andererseits die Betriebsdauer, insbesondere die Reichweite des Fahrzeugs.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung kann zumindest ein thermoelekt- risches Element der vorstehend genannten Art in den vorstehend genannten Wärmeübertrager integriert sein. In diesem Fall ist die Heizeinrichtung einerseits in den Luftpfad der Fahrzeugklimatisierungsanlage und andererseits in den Kühlkreis eingebunden, wodurch die energetische Gesamtbilanz eines damit ausgestatteten Fahrzeugs verbessert werden kann. Die Heizeinrichtung kann dann insbesondere wie der aus der DE 10 2009 058 673 A1 bekannte thermoelektrische Wärmetauscher ausgestaltet sein.
Bei einer anderen Ausführungsform können der Verdampfer und die Heizeinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Hierdurch ist die Heizeinrichtung integraler Bestandteil eines Klimageräts, das den Kanal, den Verdampfer und die Heizeinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse beinhaltet. Zweckmäßig sind in diesem Gehäuse auch Klappenanordnungen und dergleichen unter- gebracht, mit denen sich ein Mischungsverhältnis von Warmluft und Kaltluft einerseits und ein Mischungsverhältnis von Frischluft und Umluft andererseits einstellen lässt. Ebenso kann mittels solcher Klappenanordnungen die Verteilung des klimatisierten Luftstroms auf verschiedene Luftausströmdüsen gesteuert werden. Ferner kann mittels solcher Klappenanordnungen auch ein Zwei- oder Mehrzonenbetrieb realisiert werden. Ebenso kann eine Steuereinrichtung zum Betreiben der Fahrzeugklimatisierungsanlage in diesem Gehäuse angeordnet sein.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst einen Fahrzeuginnenraum sowie eine Fahrzeugklimatisierungsanlage der vorstehend beschriebenen Art. Das Fahrzeug ist außerdem mit einem Elektroantrieb ausgestattet, der mittels eines Kühlkreises gekühlt ist, in dem ein Kühlmittel zirkuliert und der einen im Kanal der Fahrzeugklimatisierungsanlage angeordneten Wärmeübertrager aufweist. Auf diese Weise kann mit Hilfe der Abwärme des Elektroantriebs der Luftstroms beheizt werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dieses Fahrzeugs kann der Wärmeübertrager des Kühlkreises ein Bestandteil der thermoelektrischen Heizeinrichtung der Fahrzeugklimatisierungsanlage sein. Insbesondere besteht die thermoelektrische Heizeinrichtung aus dem Wärmeübertrager, in den zumindest ein thermoelektrisches Element integriert ist.
Der Elektroantrieb des Fahrzeugs umfasst zweckmäßig zumindest einen Elektromotor, zumindest eine Batterie und zumindest eine Leistungselektronik. Zumindest eine dieser Komponenten kann mit Hilfe des Kühlkreises gekühlt werden. Zweckmäßig werden sowohl Elektromotor, Batterie und Leistungselektronik mit Hilfe des Kühlkreises gekühlt. Eine thernnoelektnsche Heizeinrichtung, die einem Verdampfer eines Kältekreises nachgeordnet ist, kann erfindungsgemäß während einer Anlaufphase des Kältekreises zum Kühlen eines Luftstroms verwendet werden. Hierdurch lässt sich wie gezeigt eine Komfortsteigerung realisieren, da der Kältekreis für den Fahrzeuginsassen spürbar sofort anspricht.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur 1 zeigt eine schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Fahrzeugs, das mit einer Fahrzeugklimatisierungsanlage ausgestattet ist.
Entsprechend Figur 1 umfasst ein Fahrzeug 1 einen Fahrzeuginnenraum 2 sowie eine Fahrzeugklimatisierungsanlage 3 zum Klimatisieren des Fahrzeuginnenraums 2 und einen Elektroantrieb 4. Das Fahrzeug 1 kann dabei als Elektrofahr- zeug ausgestaltet sein, das nur diesen Elektroantrieb 4 zum Antreiben des Fahrzeugs 1 aufweist. Ebenso kann das Fahrzeug 1 als Hybridfahrzeug ausgestaltet sein, das den Elektroantrieb 4 zusätzlich zu einer hier nicht gezeigten Brennkraftmaschine zum Antreiben des Fahrzeugs 1 aufweist. Ebenso ist ein Hybridfahrzeug denkbar, bei dem eine Brennkraftmaschine als sogenannter Range Ex- tender zum Einsatz kommt, um elektrischen Strom zum Betreiben des Elektroantriebs 4 bereitzustellen, so dass der Antrieb des Fahrzeugs durch den Elektroantrieb und nicht durch die Brennkraftmaschine erfolgt.
Das Fahrzeug 1 ist außerdem mit einem Kühlkreis 5 ausgestattet, der zum Kühlen des Elektroantriebs 4 dient. Im Beispiel besitzt der Elektroantrieb 4 zumindest einen Elektromotor 6, wenigstens eine Batterie 7 sowie eine Leistungselektronik 8, die eine elektrische Versorgung des Elektromotors 6 mit elektrischer Leistung aus der Batterie 7 steuert. Ebenso kann die Leistungselektronik 8 während eines Generatorbetriebs des Elektromotors 6 ein Aufladen der Batterie 7 steuern.
Ebenfalls ist der Kühlkreis 5 mit wenigstens einer Komponente des Elektroantriebs 4 wärmeübertragend gekoppelt, um eine Kühlung der jeweiligen Komponente zu bewirken. Im Beispiel der Figur 1 ist der Kühlkreis 5 mit allen drei gezeigten Komponenten, also mit dem Elektromotor 6, mit der Batterie 7 und mit der Leistungselektronik 8 wärmeübertragend gekoppelt. Im Kühlkreis 5 zirkuliert ein Kühlmittel. Ferner enthält der Kühlkreis 5 einen Wärmeübertrager 9 sowie eine Kühlmittelpumpe 10 zum Antreiben des Kühlmittels im Kühlkreis 5.
Die Fahrzeugklimatisierungsanlage 3, die im Folgenden kurz auch als Klimaanlage 3 bezeichnet werden kann, umfasst zumindest einen Kanal 1 1 zum Führen eines durch einen Pfeil angedeuteten Luftstroms 12 zum Fahrzeuginnenraum 2. Ferner ist die Klimaanlage 3 mit einem Kältekreis 13 ausgestattet, in dem ein Kältemittel zirkuliert, der einen Verdampfer 14, einen Kondensator 15 sowie eine Kältemittelpumpe 16 aufweist. Der Verdampfer 14 ist im Kanal 1 1 angeordnet und dient zum Kühlen des Luftstroms 12. Der Kondensator 15 führt die dem Luftstrom 12 entzogene Wärme einer Umgebung 17 des Fahrzeugs 1 zu. Die Klimaanlage 3 umfasst außerdem eine thermoelektrische Heizeinrichtung 18, die ebenfalls im Kanal 1 1 angeordnet ist und dabei zweckmäßig bezüglich des Luftstroms 12 stromab des Verdampfers 14 angeordnet ist. Die Heizeinrichtung 18 dient zum Heizen des Luftstroms 12. Ferner ist die Klimaanlage 3 mit einem Gebläse 19 ausgestattet, das den Luftstrom 12 antreibt. Beispielsweise kann mit Hilfe des Gebläses 19 Luft aus der Umgebung 17 angesaugt werden.
Im Beispiel der Figur 1 weist die Klimaanlage 3 ein gemeinsames Gehäuse 20 für die Heizeinrichtung 18, den Verdampfer 14 und das Gebläse 19 auf.
Des Weiteren ist die Klimaanlage 3 mit einer Steuereinrichtung 21 ausgestattet, die zum Betreiben der Klimaanlage 3 dient und die hierzu auf geeignete Weise mit sämtlichen steuerbaren Komponenten der Klimaanlage 3 gekoppelt ist. Angedeutet sind in Figur 1 Steuerleitungen 22, über die die Steuereinrichtung 21 mit der Heizeinrichtung 18, der Kühlmittelpumpe 10, der Kältemittelpumpe 16 und dem Gebläse 19 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 21 ist ferner mit einer weiteren Leistungselektronik 23 gekoppelt, die zum Betreiben der Heizeinrichtung 18 dient. Im Beispiel der Figur 1 ist diese Leistungselektronik 23 in die Steuereinrichtung 21 integriert.
Es ist klar, dass die Steuereinrichtung 21 grundsätzlich mit weiteren Komponenten der Klimaanlage 3 gekoppelt ist, wie zum Beispiel mit einer hier nicht gezeigten Temperatursensorik, die beispielsweise die aktuelle Ist-Temperatur des Fahrzeuginnenraums 2 messen kann. Insbesondere lässt sich dadurch auch eine aktuelle Temperaturdifferenz zwischen Ist-Temperatur und Soll-Temperatur des Fahrzeuginnenraums 2 ermitteln.
Die Heizeinrichtung 18 weist zumindest ein thermoelektrisches Element 24 auf, das als Peltier-Element ausgestaltet ist und das dementsprechend einen elektri- sehen Strom in einen Wärmestrom wandelt. Üblicherweise enthält die Heizeinrichtung 18 eine Vielzahl derartiger thermoelektrischer Elemente 24.
Ferner ist im Beispiel der Wärmeübertrager 9 des Kühlkreises 5 ebenfalls in den Kanal 1 1 der Klimaanlage 3 eingebunden, und zwar stromab des Verdampfers 14. Gemäß der hier gezeigten, besonders vorteilhaften Ausführungsform bildet dieser Wärmeübertrager 9 einen Bestandteil der Heizeinrichtung 18, derart, dass in den Wärmeübertrager 9 das jeweilige thermoelektrische Element 24 integriert ist. Auf diese Weise kann einerseits mit Hilfe des Kühlkreises 5 der Luftstrom 12 beheizt werden. Andererseits kann mit Hilfe des jeweiligen thermoelektrischen Elements 24 Wärme entweder vom Luftstrom 12 auf das Kühlmittel oder vom Kühlmittel auf den Luftstrom 12 übertragen werden.
Bei einem Kaltstart des Fahrzeugs 1 kann es erforderlich sein, den Fahrzeuginnenraum 2 möglichst rasch auf eine angenehme Temperatur abzukühlen. Hierzu kann entweder vom jeweiligen Fahrzeuginsassen manuell oder über die Steuereinrichtung 21 automatisch eine Cool-Down-Funktion angestoßen bzw. aktiviert werden. Dies beinhaltet zum einen ein Aktivieren des Kältekreises 13 und zum anderen ein Betreiben der Heizeinrichtung 18 als Kühler während einer Anlaufphase des Kältekreises 13. Mit anderen Worten, die an sich zum Heizen vorgesehene Heizeinrichtung 18 wird während der Anlaufphase des Kältekreises 13 als Kühler verwendet. Während dieser Anlaufphase muss das thermodynamische Gleichgewicht, das sich im Kältekreis 13 im deaktivierten Zustand einstellt, verschoben werden, um den thermodynamischen Kreisprozess zu starten, der während einer Kühlbetriebsphase des Kältekreises 13 durch den jeweiligen Phasenwechsel des Kältemittels im Verdampfer 14 eine effiziente Wärmeaufnahme und im Kondensator 15 eine effiziente Wärmeabgabe ermöglicht. Während dieser Anlaufphase des Kältekreises 13 ist jedoch keine nennenswerte, von den Fahrzeuginsassen im Fahrzeuginnenraum 2 spürbare Kühlung des Luftstroms 12 möglich. Zur Konnfortsteigerung wird während des Cool-Down-Betriebs die Heizeinrichtung 18 von der Steuereinrichtung 21 als Kühler angesteuert. Dies erfolgt beispielsweise durch eine entsprechende Bestromung des jeweiligen thermo- elektrischen Elements 24. Beispielsweise wird die Heizeinrichtung 18 bzw. das jeweilige thermoelektrische Element 24 zum Betreiben als Heizung mit einer ersten Polarität mit Gleichstrom versorgt, während die Heizeinrichtung 18 bzw. das jeweilige thermoelektrische Element 24 zum Betreiben als Kühler mit einer zweiten Polarität mit Gleichstrom versorgt wird, die zur ersten Polarität umgekehrt, also invers ist. Sofern also die Cool-Down-Funktion aktiviert ist, wird während der Anlaufphase des Kältekreises 13 der Luftstrom 12 mit Hilfe der Heizeinrichtung 18 gekühlt, die hierzu von der Steuereinrichtung 18 als Kühler betrieben wird. Da diese Cool-Down-Funktion insbesondere bei einem Kaltstart des Fahrzeugs 1 durchgeführt wird, liegt in der Regel noch kein Kühlbedarf für den Elektroantrieb 4 vor, so dass eine Wärmeabgabe in das Kühlmittel des Kühlkreises 5 möglich ist. Insbesondere kann somit auch der Kühlkreis 5 zum Kühlen des Luftstroms 12 genutzt werden.
Sobald der Kältekreis 13 seine Anlaufphase verlässt und seine Kühlbetriebsphase erreicht, wird die Heizeinrichtung 18 von der Steuereinrichtung 21 deaktiviert. Sobald der Kältekreis 13 seine Nennbetriebsphase erreicht hat und die Cool- Down-Funktion deaktiviert ist, kann die Heizeinrichtung 18 mit Hilfe der Steuereinrichtung 21 zur Realisierung einer Re-Heat-Funktion als Heizung betrieben werden. Sobald jedoch im Elektroantrieb 4 ausreichend Abwärme entsteht, lässt sich diese Re-Heat-Funktion auch über den Kühlkreis 5 also in Verbindung mit dem Wärmeübertrager 9 realisieren, so dass das jeweilige thermoelektrische Element 24 deaktiviert werden kann.
Beispielsweise kann die Heizeinrichtung 18 solange als Kühler betrieben werden, bis eine Kühlleistung des Kältekreises 13 einen vorbestimmten Leistungsgrenz- wert erreicht. Wird dann dieser Leistungsgrenzwert erreicht, erfolgt eine Deaktivierung der Heizeinrichtung 18, also eine Deaktivierung der Kühlfunktion der Heizeinrichtung 18.
Die Cool-Down-Funktion kann vom Fahrzeuginsassen manuell deaktiviert werden. Sie kann auch zeitgesteuert deaktiviert werden. Ebenso ist denkbar, die Cool-Down-Funktion temperaturgesteuert zu deaktivieren, beispielsweise kann vorgesehen sein, die Cool-Down-Funktion zu deaktivieren, sobald die Temperaturdifferenz zwischen Ist-Temperatur und Soll-Temperatur im Fahrzeugsinnenraum 2 kleiner als 5°C ist.
Grundsätzlich ist denkbar, die Steuereinrichtung 21 so auszulegen, dass bei jeder Inbetriebnahme des Kältekreises 13 während der Anlaufphase die Heizeinrichtung 18 als Kühler betrieben wird. Bevorzugt ist jedoch eine energetisch günstigere Ausführungsform, bei der beim Aktivieren des Kältekreises 13 während der Anlaufphase nur dann die Heizeinrichtung 18 als Kühler betrieben wird, wenn die vorgenannte Cool-Down-Funktion aktiviert ist. Diese kann beispielsweise automatisch vom Steuergerät 21 aktiviert werden, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen der aktuellen Ist-Temperatur des Fahrzeuginnenraums 2 und der vom Fahrzeugführer gewünschten Soll -Temperatur des Innenraums 2 eine Tem- peraturdifferenz vorliegt, die größer ist als eine vorbestimmte Temperaturdifferenz, die beispielsweise 10°C betragen kann.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimatisierungsanlage (3), die einen Kältekreis (13), in dem ein Kältemittel zirkuliert und der einen Verdampfer (14) zum Kühlen eines Luftstroms (12) aufweist, sowie eine thermoelektrische Heizeinrichtung (18) zum Heizen des Luftstroms (12) aufweist, wobei die Heizeinrichtung (18) und der Verdampfer (14) in einem zu einem Fahrzeuginnenraum (2) führenden Kanal (1 1 ) angeordnet sind,
- bei dem zum Abkühlen des Fahrzeuginnenraums (2) der Kältekreis (13) aktiviert wird,
- bei dem während einer Anlaufphase des Kältekreises (13) die Heizeinrichtung (18) als Kühler betrieben wird, so dass die Heizeinrichtung (18) dem Luftstrom (12) Wärme entzieht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Heizeinrichtung (18) während einer Kühlbetriebsphase des Kältekreises (13), die auf die Anlaufphase folgt, deaktiviert wird oder als dem Luftstrom (12) wärmezuführende Heizung betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Heizeinrichtung (18) solange als Kühler betrieben wird, bis eine Kühlleistung des Kältekreises (13) einen vorbestimmten Leistungsgrenzwert erreicht, - dass der Betrieb der Heizeinrichtung (18) als Kühler beendet wird, sobald die Kühlleistung des Kältekreises (13) den Leistungsgrenzwert erreicht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Heizeinrichtung (18) mit Gleichstrom betrieben wird, wobei die Heizeinrichtung (18) zum Betreiben als Heizung mit einer ersten Polarität mit Gleichstrom versorgt wird, während sie zum Betreiben als Kühler mit einer zur ersten Polarität inversen zweiten Polarität mit Gleichstrom versorgt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Heizeinrichtung (18) nur dann als Kühler während der Anlaufphase des Kältekreises (13) betrieben wird, wenn eine Cool-Down-Funktion aktiviert ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Cool-Down-Funktion automatisch aktiviert wird, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen einer Ist-Temperatur des Fahrzeuginnenraums (2) und einer Soll-Temperatur des Fahrzeuginnenraums (2) einen vorbestimmten Temperaturdifferenzgrenzwert übersteigt.
7. Fahrzeugklimatisierungsanlage zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums (2),
- mit mindestens einem Kanal (1 1 ) zum Führen eines Luftstroms (12) zum
Fahrzeuginnenraum (2),
- mit einem Kältekreis (13), in dem ein Kältemittel zirkuliert und der einen im Kanal (1 1 ) angeordneten Verdampfer (14) zum Kühlen des Luftstroms (12) aufweist, - mit einer im Kanal (1 1 ) angeordneten thermoelektrischen Heizeinrichtung (18) zum Heizen des Luftstroms (12),
- mit einer Steuereinrichtung (21 ) zum Betreiben der Fahrzeugklimatisierungsanlage (3), die mit dem Kältekreis (13) und mit der Heizeinrichtung (18) gekoppelt ist und die so ausgestaltet und/oder programmiert ist, dass sie die Fahrzeugklimatisierungsanlage (3) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ansteuern kann.
8. Klimaanlage nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Heizeinrichtung (18) wenigstens ein thermoelektrisches Element (24) aufweist, das einen elektrischen Strom in einen Wärmestrom wandelt.
9. Klimaanlage nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Heizeinrichtung (18) einen Wärmeübertrager (9) aufweist, der in einen Kühlkreis (5) eingebunden ist, in dem ein Kühlmittel zirkuliert und der zum Kühlen wenigstens einer Komponente (6, 7, 8) des Fahrzeugs (1 ) dient.
10. Klimaanlage nach den Ansprüchen 8 und 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein solches thermoelektrisches Element (24) in den Wärmeübertrager (9) integriert ist.
1 1 . Klimaanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (14) und die Heizeinrichtung (18) in einem gemeinsamen Gehäuse (20) angeordnet sind.
12. Fahrzeug,
- mit einem Fahrzeuginnenraum (2),
- mit einer Fahrzeugklimatisierungsanlage (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 ,
- mit einem Elektroantrieb (4), der mittels eines Kühlkreises (5) gekühlt ist, in dem ein Kühlmittel zirkuliert und der einen im Kanal (1 1 ) der Fahrzeugklimatisierungsanlage (3) angeordneten Wärmeübertrager (9) aufweist.
13. Fahrzeug nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmeübertrager (9) des Kühlkreises (5) ein Bestandteil der Heizeinrichtung (18) der Fahrzeugklimatisierungsanlage (3) ist.
14. Verwendung einer thermoelektrischen Heizeinrichtung (18), die einem Verdampfer (14) eines Kältekreises (13) nachgeordnet ist, zum Kühlen eines Luftstroms (12) während einer Anlaufphase des Kältekreises (13).
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