CH691585A5 - Heizungs- und Klimatisierungseinrichtung für Kraftfahrzeuge. - Google Patents

Description

  



  Die Erfindung betrifft eine Heizungs- und Klimatisierungseinrichtung für Kraftfahrzeuge, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeuge, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. 



  In ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 94 (1992) Heft 11, Seiten 582-588, ist ein integrales Klimasystem für Elektromobile beschrieben. Dieses umfasst einen Flüssigkeitskreis, der dazu dient, die Abwärme von Wärme entwickelnden Komponenten des Antriebssystems einem Wärmetauscher zuzuführen, der sekundärseitig von einem Luftstrom beaufschlagt ist, welcher der Fahrzeugkabine zugeführt wird. Zur Erzeugung des Luftstroms durch den Wärmetauscher ist ein Gebläse vorgesehen, welches je nach Bedarf Aussenluft oder Luft aus dem Fahrzeuginnenraum ansaugt. Ausserdem ist ein Kältekreis vorgesehen, der einen Verdampfer, einen Kondensator und einen Kompressor umfasst, wobei der Verdampfer Kälte direkt an einen den Verdampfer durchströmenden Luftstrom oder an eine Flüssigkeit 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 Parameter Ausgangssignale für mehrere anzusteuernde Stellmittel erzeugt, wobei mindestens eines der Eingangssignale von einem Temperatursensor erzeugt wird und ein weiteres Eingangssignal von einem Sollwertsteller eingegeben wird. Mithilfe einer dem Steuergerät zugeordneten programmierbaren Uhr kann eine Vorheizung und Vorkühlung erfolgen, sofern das Elektrofahrzeug an einem Netzanschluss mit elektrischer Energie versorgt wird, wie dies beispielsweise beim Ladevorgang für die Batterien des Antriebsmotors der Fall ist.

   Zur Vorheizung der Fahrzeugkabine ist eine elektrische Zusatzheizung vorgesehen, die dem Wärmetauscher benachbart angeordnet ist und die Wärmeenergie direkt auf den der Fahrzeugkabine zugeführten Luftstrom überträgt. Um eine wirkungsvolle Vorheizung zu erzielen, ist es hierfür notwendig, in einem kurzen Zeitraum eine für die Aufheizung ausreichende Energie zur Verfügung zu stellen. Ausserdem wird der von dem Gebläse erzeugte Luftstrom ständig durch die Zusatzheizung geleitet, unabhängig davon, ob diese im Betrieb ist oder nicht, sodass die Zusatzheizung in den meisten Betriebszuständen des Gesamtsystems einen unnötigen Strömungswiderstand bildet. 



  Aus VDI-Berichte Nr. 612/1986, Seite 251-267, ist eine Heizungs- und Klimaanlage mit Mikrocomputer-Steuerungssystem in Kraftfahrzeugen beschrieben. Das dargestellt Funktionsmodell zeigt eine für Fahrer und Beifahrer getrennt 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 Flächenheizung einstellen, von einem Klimacomputer angesteuert werden.

   Es ist ausserdem vorgesehen, in dem Kreislauf für die Flächenwärmetauscher einen Latentwärmespeicher anzuordnen, der in den Betriebszeiten, in denen der Antriebsmotor des Fahrzeugs eine grössere Abwärmemenge bereitstellt als Heizenergie für den Innenraum benötigt wird, die überschüssige Abwärme speichert. 



  Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Heizungs- und Klimatisierungseinrichtung für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, die einfach im Aufbau ist und bei der sowohl Wärmeenergie als auch Kälteenergie bedarfsweise gespeichert werden kann. 



  Diese Aufgabe wird durch eine Heizungs- und Klimatisierungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. 



  Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass während der Stillstands- bzw. Ladezeit des Fahrzeugs wahlweise Wärme- oder Kälteenergie erzeugt und gespeichert werden kann, die dann kurz vor Fahrtantritt bzw. zu Beginn einer Fahrt zur Heizung und Klimatisierung zur Verfügung steht. Ausserdem ist es möglich, mithilfe der Heizeinrichtung nur die Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitskreis zu beheizen, sodass die gesamte Wärmeenergie über den Wärmetauscher - im Zuluftstrom für den Innenraum - an den Luftstrom abgegeben wird und erst bei Erreichen einer bestimmten Innenraumtemperatur der Thermospeicher geladen wird. 



  Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist in dem Thermospeicher ein von der Flüssigkeit des zweiten Flüssigkeitskreises durchströmter Wärmetauscher 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 durchströmenden Medien auch ein direkter Wärmeübergang von dem Verdampfer auf den Wärmetauscher erreicht. 



  Als Wärmequelle in dem ersten Flüssigkeitskreis ist vorzugsweise eine elektrische Heizeinrichtung vorgesehen, die direkt mit dem Netzanschluss verbindbar ist. Eine solche Ausführung ist insbesondere für Fahrzeuge, die ausschliesslich mittels eines Elektromotors angetrieben werden, zweckmässig. Als alternative Ausgestaltung kann die Wärmequelle auch eine Brennstoffheizung sein, was sich insbesondere bei Hybridfahrzeugen empfiehlt. Der Kompressor des Kältekreises ist vorzugsweise mit einem elektrischen Antriebsmotor gekoppelt, wobei die Leistung des Kompressors zweckmässigerweise über die Drehzahl des Antriebsmotors geregelt werden kann. 



  Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht 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 zugeführt werden und dient somit zur Heizung der Fahrzeugkabine oder zum Laden des Thermospeichers. Die Wärme entwickelnden Aggregate können beispielsweise ein Antriebsmotor, ein Wandlergetriebe (Hybridfahrzeug), eine Hoch temperaturbatterie und eine Leistungselektronik (Elektro- oder Hybridfahrzeug) sein. Damit der dritte Flüssigkeitskreis auch dann zum Abführen der Abwärme dient, wenn kein Heizungs- oder Speicherbedarf besteht, ist in dem dritten Flüssigkeitskreis ein Wärmetauscher und eine Pumpe vorgesehen.

   Sofern zumindest ein Teil der Abwärme für die Heizung oder das Laden des Thermospeichers benötigt wird, sollte die entsprechende Flüssigkeitsmenge unter Umgehung des Wärmetauschers im dritten Flüssigkeitskreis dem ersten bzw. zweiten Flüssigkeitskreis zugeführt werden. Daher 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 reduzieren, ist es zweckmässig, ein Vierwegeventil vorzusehen, das Anschlüsse zum ersten, zweiten und dritten Flüssigkeitskreis besitzt. Bei deutlichen Temperaturunterschieden zwischen der Aussentemperatur und der Innenraumtemperatur ist es zweckmässig, die Fahrzeugheizung bzw. Klimatisierung im Umluftbetrieb zu fahren, wobei der Umluftanteil 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 jeweilige Stellung von dem Steuergerät bestimmbar ist.

   Um den konditionierten Luftstrom auf verschiedene Ausströmer in der Fahrzeugkabine zu verteilen, sind Luftstromsteuerklappen 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 vorteilhaft, einen Lufttrockner vorzusehen, durch den der vom Gebläse erzeugte Luftstrom geführt wird. 



  Zur weiteren Komfortsteigerung beim Heizbetrieb, insbesondere bei niedrigen Aussentemperaturen, sind eine elektrische 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 niederen Drehzahl betrieben wird, sodass die an der Innenseite 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 betreibbar sind. 



  Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand 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 Verzweigungspunkt 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-Wege-Ventil 3 angeschlossen ist. Von dem Wegeventil 3 führt eine Flüssigkeitsleitung 15 zu einer Pumpe 4, die ausgangsseitig über eine Flüssigkeitsleitung 16 mit der Heizeinrichtung 1 in Verbindung steht. 



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



  Ausserdem befindet sich in dem Thermospeicher 7 ein Verdampfer 8 eines Kältekreises KK, wobei der Verdampfer 8 mit dem Wärmetauscher 6 zu einer Baueinheit zusammängefasst ist. Der Kältekreis KK umfasst ausserdem einen Kondensator 9 und einen Kompressor 10, die über Kältemittelleitungen 19 verbunden sind. Der Kompressor 10 ist vorzugsweise 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 Luftkanal angeordnet, in dem sich auch ein Gebläse 20 zur Erzeugung eines Luftstroms durch den Wärmetauscher 2 befindet. Der Luftstrom ist mit Pfeilen L in Fig. 1 bezeichnet. 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 Wärmetauschers 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 Gebläses 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 Innentemperaturfühlers 25 sowie eines Sollwertstellers 26 zugeführt. 



  Die Heizeinrichtung 1 kann beispielsweise eine Brennstoffheizung sein, sofern es sich um ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor handelt. Bei einem Elektrofahrzeug 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 Heizungsbedarf 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 Beheizung des Fahrzeuginnenraums genutzt werden, so wird mithilfe 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 eingeschaltet, sodass die in der Heizeinrichtung 1 erwärmte Flüssigkeit vollständig durch den Wärmetauscher 2 strömt. 



  Mit Beginn der Erwärmung der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitskreis FKI oder zeitverzögert wird von dem Steuergerät 23 der Antrieb des Gebläses 20 eingeschaltet, sodass ein Luftstrom L erzeugt wird, der den Wärmetauscher 2 sekundärseitig beaufschlagt. Diese Warmluft wird der Fahrzeugkabine zugeführt, gegebenenfalls nach erfolgter Entfeuchtung 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 Wärmeenergie 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 eingeschaltet, sodass die Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitskreis 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 auf Grund der Eingangssignale feststellt, dass keine Aufheizung der Fahrzeugkabine erforderlich ist, so wird das Gebläse 20 stillgesetzt und das Wegeventil 3 in eine Schaltstellung gebracht, in der die Flüssigkeitsleitung 14 gesperrt ist. In dieser Betriebsstellung 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, sodass ein vom Gebläse 20 erzeugter Luftstrom L als Warmluftstrom der Fahrzeugkabine zugeführt wird. In dieser Betriebsweise 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 Fahrtantritt eine rasche Aufheizung der Fahrzeugkabine erfolgen soll, sodass die Heizeinrichtung 1 lediglich für eine begrenzte Heizleistung ausgelegt werden 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 benötigt wird. Von dem Steuergerät 23 wird der Antrieb des Kompressors 10 eingeschaltet, sodass in dem Verdampfer 8 durch Verdampfung des Kältemittels Kälte erzeugt wird, die an den Wärmetauscher 6 sowie das in dem Thermospeicher 7 befindliche Medium abgegeben wird. Zur Klimatisierung der Fahrzeugkabine wird mithilfe der Pumpe 5 die Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitskreis II umgewälzt, wodurch diese in dem Wärmetauscher 6 auf ein niedrigeres Temperaturniveau gebracht wird.

   Durch die Flüssigkeitsleitungen 18 und 14 wird die kalte Flüssigkeit dem Wärmetauscher 2 zugeleitet, sodass der den Wärme tauscher 2 sekundärseitig beaufschlagende Luftstrom L abgekühlt und als Kaltluftstrom der Fahrzeugkabine zugeführt wird. Sofern auf Grund der Eingangssignale der Temperaturfühler 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 Klimatisierungseinrichtung, 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 Einrichtung umfasst einen ersten Flüssigkeitskreis FKI sowie einen zweiten Flüssigkeitskreis FKII, die im Wesentlichen der Ausführung in Fig. 1 entsprechen, sodass 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, sodass die zum Heizen mittels der Heizeinrichtung 101 benötigte Energie unmittelbar über den Ladeanschluss erfolgen kann. Selbstverständlich kann die Heizeinrichtung 101 auch als Brennstoffheizung ausgeführt sein. Als Ventilmittel zwischen den Flüssigkeitsleitungen 14, 15 und 18 ist ein 4-Wege-Ventil 103 vorgesehen, sodass 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 Wandlergetriebe bzw. Wechselrichter und Elektromotor 31 des Fahrzeugantriebs, um mittels der Flüssigkeit, die in dem Wandler getriebe 31 bzw.

   Wechselrichter und Elektromotor entstehende Wärme abzuführen. Ausgangsseitig ist an die Kühlkanäle in dem Wandlergetriebe bzw. Wechselrichter und Elektromotor 31 eine Flüssigkeitsleitung 34 angeschlossen, die zu Kühlkanälen in einer Hochtemperaturbatterie 30 führt. Ausgangsseitig sind die Kühlkanäle in der Hochtemperaturbatterie 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 Flüssigkeitsleitung 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 Wandlergetriebe 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 Klimatisierungseinrichtung 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 Bezugszeichen 40 bezeichneten Rahmens befindliche elektrisch ansteuerbare Komponenten gesteuert ebenso wie die Umluftklappe 21, wobei die Steuerung sämtlicher elektrischer Stellmittel und Antriebe der Heizungs- und Klimatisierungseinrichtung 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 elektrische Windschutzscheibenheizung 42, eine elektrische Sitzheizung 43 für den Fahrer und Beifahrer und eine elektri sche Fussbodenheizung, die ebenfalls für den Fahrer und Beifahrer separat steuerbar ist.

   Die elektrischen Heizeinrichtungen 42, 43, 44 werden ebenfalls von dem Steuergerät 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 Heizen oder Klimatisieren der Fahrzeugkabine entspricht der in Fig. 1 beschriebenen Funktion, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen wird. Gemäss der Darstellung in Fig. 2 können der Thermospeicher 7 mit dem darin befindlichen Wärmetauscher 6 sowie die Komponenten 8, 9 und 10 des Kältekreises KK und die Pumpe 5 in einer Thermobox zusammengefasst sein, die in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 41 bezeichnet ist. 



  Soll die Abwärme im Wandlergetriebe bzw. Wechselrichter und Elektromotor 31 und der Hochtemperaturbatterie 30 zur Beheizung der Fahrzeugkabine und/oder zum Laden des Thermospeichers 7 mit Wärmeenergie benutzt werden, so befindet 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.

   Wechselrichter 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 Flüssigkeitsleitung 35 den Bedarf an Wärmeenergie, der zur Beheizung der Fahrzeugkabine und/oder dem Aufladen des Thermospeichers 7 benötigt wird, so wird mittels des Thermostatventils 29 ein Teilstrom der Flüssigkeit bzw. gegebenenfalls auch die gesamte Menge dem externen Wärmetauscher 32 zugeführt, der sekundärseitig beispielsweise von Aussenluft beaufschlagt ist, sodass die Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird. 



  Im reinen Kühlbetrieb des Flüssigkeitskreises FKIII befindet sich das 3-Wege-Ventil 28 in einer Schaltstellung, in der die Verbindung zur Pumpe 4 gesperrt und der Druckanschluss in der Pumpe 27 über die Flüssigkeitsleitung 39 mit der Flüssigkeitsleitung 33 verbunden ist. Gleichzeitig befindet sich das 4-Wege-Ventil 103 in einer Schaltstellung, 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 Bypassleitung 37 die Temperatur auf einem annähernd konstanten Niveau gehalten werden kann, sodass extreme Temperaturschwankungen infolge häufiger Lastwechsel beim Fahrbetrieb vermieden werden können. 



  Die Komponenten des Kältekreises KK sowie der Thermospeicher 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 daher sowohl als Erstausstattung wie auch als Nachrüstanlage vorgesehen sein. 



  Die erfindungsgemässe Heizungs- und Klimatisierungseinrichtung bietet ausserdem die Möglichkeit, einen Eisspeicher im Thermospeicher 7 anzulegen und gleichzeitig über den Flüssigkeitskreis FKI den Innenraum des Fahrzeugs zu beheizen. Hierzu befindet sich das 3-Wege-Ventil 3 bzw. das 4-Wege-Ventil 103 in einer Stellung, in der die Flüssigkeitskreise FKI und FKII getrennt sind. Diese Besonderheit löst die bisher bestehende Problematik, dass man in den Übergangszeiten Frühjahr oder Herbst, in denen es morgens und abends relativ kühl ist und tagsüber Temperaturen erreicht werden, die eine Klimatisierung des Fahrzeuginnenraumes 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 Flüssigkeitskreis 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 gekühlt. 



  Durch die Erfindung ist es möglich, in bestimmten Typen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise Elektro- und Hybridfahrzeugen, elektrische Energie optimal zu nutzen und einzusparen. Dies erhöht die Fahrzeugreichweite ohne dass man den teuren Batteriespeicher vergrössern müsste. Spontanes Ansprechen der Heizungs- und Klimatisierungseinrichtung ist möglich. Der Speicher kann während des Ladevorgangs Zuhause oder an einer öffentlichen Ladestation ent sprechend dem zu erwartenden Bedarf (Heizen im Winter; Kühlen im Sommer) geladen werden.

Claims (18)

1. Heizungs- und Klimatisierungseinrichtung für Kraftfahrzeuge, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeuge, mit einem ersten Flüssigkeitskreis (FKI), der einen Wärmetauscher (2), eine Pumpe (4), eine Wärmequelle (1, 101) zur Erwärmung der Flüssigkeit und Ventilmittel (3, 103) umfasst, wobei der Wärmetauscher (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 mindestens eines Signals eines Temperatursensors (24, 25) und eines einstellbaren Sollwertes, dadurch gekennzeichnet, dass ein über das Ventilmittel (3, 103) dem ersten Flüssigkeitskreis (FKI) zuschaltbarer 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) mittels 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 Flüssigkeitskreises (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 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (10) mit einem elektrischen Antriebsmotor gekoppelt ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Flüssigkeitskreis (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 Flüssigkeitskreis (FKIII) ein Wärmetauscher (32) und eine Pumpe (27) sowie eine den Wärmetauscher (32) und die Pumpe (27) überbrückende steuerbare Bypassleitung (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 im dritten Flüssigkeitskreis (FKIII) befindlichen Wärmetauscher (32) steuert.

10.

Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem dritten Flüssigkeitskreis (FKIII) stromab der Pumpe (27) ein weiteres Ventil (28) angeordnet ist, von dem eine Verbindungsleitung (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-Wege-Ventil ist.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftkanal zwischen der Fahrzeugkabine und dem im ersten Flüssigkeitskreis (FKI) befindlichen Wärmetauscher (2) vorgesehen und in diesem eine Umluftklappe (21) angeordnet ist, deren jeweilige Stellung von dem Steuergerät (23) bestimmbar ist.

13.

Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Luftstromsteuerklappen zur Luftverteilung dem im ersten Flüssigkeitskreis (FKI) befindlichen Wärmetauscher (2) im Luftstrom (L) nachgeordnet sind.

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

15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Windschutzscheibenheizung (42) vorgesehen ist, die von dem Steuergerät (23) aktiviert wird bei gleichzeitigem Betrieb des Gebläses (20).

16.

Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Sitzheizung (43) und eine elektrische Fussbodenheizung (44) vorgesehen sind, die von dem Steuergerät (23) aktiviert werden.

17. Einrichtung nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät eine Economy-Schaltung umfasst, durch welche die elektrischen Heizungen (42, 43, 44) mit halber Leistung betreibbar sind.

18. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fussbodenheizung (44) aus einer elektrisch leitenden mäanderförmigen Schicht auf einer selbstklebenden Folie besteht.