-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beheizen eines Fahrgastraums eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs.
-
Vorrichtungen sowie Verfahren zum Beheizen eines Fahrgastraums eines Fahrzeugs sind bekannt. Dazu kann Wärme von zumindest einer wärmespendenden Komponente des Fahrzeugs auf den Innenraum übertragen werden. Zusätzlich kann Wärme von einer Zuheizvorrichtung auf den Innenraum übertragen werden. Aus der
DE 698 16 235 T2 ist ein elektrisches Hybridfahrzeug mit einem Fahrgastraum bekannt. Es sind Wärmetauschermittel vorgesehen, die mit dem Fahrgastraum, einer elektrischen Energiequelle und einem Fahrmotor verbunden sind, um Wärme regelbar in den Fahrgastraum zu koppeln. Um mehr Wärme aus dem Fahrmotor zu erzeugen, die für den Fahrgastraum zur Verfügung gestellt werden kann, muss der Fahrmotor mit einer geringeren Effizienz betrieben werden. Aus der
DE 10 2005 025 390 A1 ist eine Vorrichtung zur selektiven Kühlmittelerwärmung für ein brennstoffzellenbetriebenes Elektrofahrzeug bekannt. Eine Kühlmittelverteilung verteilt Kühlmittel durch eine Kühlmittelheizung, welche das Kühlmittel auf eine Heizstufe oder eine von mehreren sukzessive höheren Heizstufen erwärmt. Dazu pumpt eine Kühlmittelpumpe das erhitzte Kühlmittel durch eine Fahrzeugheizungsanlage, welche einen Wärmetauscher aufweist, in dem ein thermischer Austausch zwischen dem erhitzten Kühlmittel und einströmender Luft erfolgt, um die Luft vor der Verteilung der Luft in einer Fahrzeugkabine zu erhitzen.
-
Aus der
DE 197 30 678 A1 ist eine Vorrichtung zur Kühlung von Antriebsbauteilen und zur Innenraumbeheizung eines Hybridfahrzeugs bekannt, wobei wärmeabgebende Bauteile der Antriebseinheiten, ein Innenraumwärmetauscher und ein Außenraumwärmetauscher durch einen Flüssigkeitskreislauf als Heiz-/Kühlkreislauf verbunden sind. Der Heiz-/Kühlkreislauf besteht aus mit Ventilen steuerbaren Teilkreisläufen. Die Bauteile sind dabei so geschaltet und steuerbar, dass eine Kühlung von Antriebsbauteilen und eine Innenraumbeheizung des Hybridfahrzeugs einfach und kostengünstig mit wenigen Bauteilen und geeigneten Steuerungsmöglichkeiten zu schaffen ist.
-
Die
DE 42 09 188 C2 offenbart eine Klimaanordnung für Kraftfahrzeuge. Die zu einer Kältemaschine gehörigen Komponenten und ein Kältemittelkreislauf sind separat von dem zu beheizenden Raum (Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs) angeordnet und hermetisch abgeschlossen. Ein geschlossener Sekundärkreislauf, der beispielsweise Wasser als gesundheitlich und chemisch unbedenkliches Fluid enthält, überträgt Wärme zwischen Kältemaschine und einem einzigen Wärmetauscher, der in einem der Klimatisierung der Fahrgastzelle dienenden Gebläseluftstrom angeordnet ist. An den Sekundärkreislauf ist auch der Kühlerkreislauf des Fahrzeugs angebunden, um Abwärme des Antriebsmotors und ggf. der Batterien eines Elektrofahrzeugs zur Klimatisierung des Raums nutzbar zu machen.
-
Aus der
DE 44 24 470 A1 ist eine Vorrichtung zur Innenraumbeheizung eines Elektrofahrzeuges unter Ausnutzung der Abwärme eines Kühlsystems für elektrische Komponenten des Fahrzeugantriebes bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass das Kühlsystem einen Kühlmittelweg ermöglicht, an dem die Komponenten zumindest teilweise in Reihe angeschlossen sind, wobei thermisch weniger belastbare Komponenten im Kühlmittelweg vor thermisch stärker belastbaren Komponenten angeordnet sind, so dass insgesamt hohe Temperaturen erzeugt werden können.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Beheizen eines Fahrgastraums eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs zu ermöglichen, insbesondere eine einfache Steuer- und/oder Regelbarkeit und/oder eine möglichst hohe Energieeffizienz zu gewährleisten.
-
Die Aufgabe ist bei einer Vorrichtung zum Beheizen eines Fahrgastraums eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, mit einem dem Fahrgastraum zum Beheizen zuordenbaren Heizkreislauf, einer in den Heizkreislauf geschalteten Zuheizvorrichtung und einem zumindest einer wärmespendenden Antriebskomponente zugeordneten Kühlkreislauf zum Kühlen der Antriebskomponente, wobei der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf einander mittels einer Mischbatterie zuordenbar sind, wobei mittels der Mischbatterie der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf mit einem einstellbaren Volumenstromverhältnis in ein gemeinsames Teilstück zusammenführbar sind, wobei das gemeinsame Teilstück einen dem Fahrgastraum zugeordneten Wärmetauscher aufweist, und wobei die Mischbatterie der Zuheizvorrichtung nachgeschaltet und dem Wärmetauscher vorgeschaltet ist, gelöst. Vorteilhaft kann mittels der Mischbatterie ein in dem Heizkreislauf und dem Kühlkreislauf strömendes Kühlmedium gemischt werden, wobei vorteilhaft mittels der Mischbatterie auf einfache Art und Weise ein Mischverhältnis eingestellt werden kann. Vorteilhaft kann durch die Mischung beziehungsweise die Zuordnung des Heizkreislaufes zu dem Kühlkreislauf ein mittels der Mischbatterie gesteuerter Wärmeübertrag von dem Kühlkreislauf auf den Heizkreislauf erfolgen. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, einen in dem Kühlkreislauf zirkulierenden Volumenstrom so einzustellen, dass die Zuheizvorrichtung diesen optimal, beziehungsweise mit einer maximalen Energieeffizienz erwärmen kann. Außerdem ist es möglich, in dem Kühlkreislauf vorhandene, sonst ungenutzte Abwärme mittels der Mischbatterie in den Heizkreislauf einzukoppeln, so dass die Zuheizvorrichtung ein vergleichsweise geringes Absolutmaß an Energie verbraucht. Mittels der optimalen Einstellung des Durchflusses durch die Zuheizvorrichtung kann vorteilhaft auch ein relatives Maß beziehungsweise ein Wirkungsgrad der Zuheizvorrichtung optimiert werden.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mittels der Mischbatterie der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf mit einem einstellbaren Volumenstromverhältnis in ein gemeinsames Teilstück zusammenführbar sind. In dem gemeinsamen Teilstück kann vorteilhaft Wärme von dem Heizkreislauf und dem Kühlkreislauf gemeinsam geführt werden. Mittels der Mischbatterie kann das Volumenstromverhältnis wie vorab beschrieben vorteilhaft eingestellt werden.
-
Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass das gemeinsame Teilstück einen dem Fahrgastraum zugeordneten Wärmetauscher aufweist. Vorteilhaft kann die in dem gemeinsamen Teilstück geführte Wärme mittels des Wärmetauschers auf den Fahrgastraum übertragen werden. Bei dem Wärmetauscher kann es sich um einen Wasser-/Luft-Wärmetauscher handeln, wobei mittels des in dem gemeinsamen Teilstück geführten Volumenstroms in den Fahrgastraum strömende Luft erwärmt werden kann. Unter Fahrgastraum kann ein Innenraum des Fahrzeugs verstanden werden. Im Falle eines geöffneten Fahrzeugs, beispielsweise einem Cabriolet-Fahrzeug, kann darunter der Raum verstanden werden, in dem sich die Fahrgäste beziehungsweise ein Fahrer des Fahrzeugs aufhalten beziehungsweise aufhalten können.
-
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das gemeinsame Teilstück der Zuheizvorrichtung nachgeschaltet ist. Vorteilhaft fließt durch die Zuheizvorrichtung nur ein geringerer Teilvolumenstrom, der vorteilhaft mittels der Mischbatterie beziehungsweise mittels Einstellen des in dem gemeinsamen Teilstück herrschenden Volumenstromverhältnisses eingestellt werden kann. Im Vergleich zu dem in dem gemeinsamen Teilstück strömenden Gesamtvolumenstrom wird die Zuheizvorrichtung von einem kleineren Volumenstrom durchströmt. Dies kann vorteilhaft dazu ausgenutzt werden, eine Eintrittstemperaturdifferenz der Zuheizvorrichtung zu erhöhen. Unter einer Eintrittstemperaturdifferenz kann eine Temperaturdifferenz zwischen einer Vorlauftemperatur und einer Rücklauftemperatur der Zuheizvorrichtung verstanden werden. Die Eintrittstemperaturdifferenz kann beispielsweise bei einer Rücklauftemperatur von 10° C und einer Vorlauftemperatur von 90° C bei ungefähr 80° C liegen. Vorteilhaft kann dem Vorlauf der Zuheizvorrichtung mittels der Mischbatterie ein ebenfalls mittels der wärmespendenden Antriebskomponente erwärmter Volumenstrom zugemischt werden, wobei die insgesamt enthaltende Wärme mittels des Wärmetauschers auf den Fahrgastraum übertragbar ist.
-
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Mischbatterie der Zuheizvorrichtung nachgeschaltet und dem Wärmetauscher vorgeschaltet ist. Die Mischbatterie ist zwischen die Zuheizvorrichtung und den Wärmetauscher geschaltet, wobei vorteilhaft der Vorlauf der Zuheizvorrichtung unmittelbar vor dem Wärmetauscher mit dem Teilvolumenstrom des Kühlkreislaufs gemischt werden kann.
-
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Zuheizvorrichtung einen elektrisch betreibbaren PTC-Heizer (PTC = positiver Temperaturkoeffizient) aufweist. Vorteilhaft sind PTC-Heizer aufgrund ihrer Temperaturkennlinie vergleichsweise einfach steuer- beziehungsweise regelbar. Vorteilhaft kann mittels der Mischbatterie eine vergleichsweise hohe Eintrittstemperaturdifferenz eingestellt werden, die für PTC-Heizer eine besonders gute Energieeffizienz ermöglichen. Der PTC-Heizer ist von dem in dem Teilstück geführten Kühlmedium durchströmt und kann dieses entsprechend der Eintrittstemperaturdifferenz zum Beheizen des Fahrgastraums erwärmen.
-
Die Aufgabe ist außerdem bei einem Verfahren zum Beheizen eines Fahrgastraums eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, mit Führen eines ersten Volumenstroms eines Kühlmediums durch eine Zuheizvorrichtung, Führen eines zweiten Volumenstroms des Kühlmediums durch zumindest eine wärmespendende Antriebskomponente des Fahrzeugs, Abzweigen eines Teilvolumenstroms des zweiten Volumenstroms, Beimischen des Teilvolumenstroms zu dem ersten Volumenstrom mittels einer der Antriebskomponente und der Zuheizvorrichtung nachgeschalteten Mischbatterie und Übertragen einer Wärmemenge von einem aus dem ersten Volumenstrom und dem Teilvolumenstrom des zweiten Volumenstroms zusammengesetzten Gesamtvolumenstroms des Kühlmediums auf den Fahrgastraum zum Beheizen des Fahrgastraums, gelöst. Das Verfahren ist insbesondere mittels einer vorab beschriebenen Vorrichtung durchführbar, wobei sich die vorab beschriebenen Vorteile ergeben.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Beimischen des Teilvolumenstroms mittels einer der Antriebskomponente und der Zuheizvorrichtung nachgeschalteten Mischbatterie vorgesehen. Vorteilhaft kann mittels der Mischbatterie auf einfache Art und Weise ein Verhältnis zwischen dem Teilvolumenstrom und dem ersten Volumenstrom eingestellt werden, wobei vorteilhaft der erste Volumenstrom in einem gewünschten Maß verringert werden kann, wobei vorteilhaft eine Vorlauf- und eine Rücklauftemperatur der Zuheizvorrichtung beziehungsweise die Eintrittstemperaturdifferenz einstellbar ist.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist weiterhin ein Führen des Gesamtvolumenstroms des Kühlmediums durch einen dem Fahrgastraum zugeordneten Wärmetauscher vorgesehen. Vorteilhaft kann in dem Gesamtvolumenstrom geführte Wärme auf den Fahrgastraum übertragen werden. Der Gesamtvolumenstrom kann vorteilhaft Abwärme der wärmespendenden Antriebskomponente und Wärme der Zuheizvorrichtung mittels des Wärmetauschers auf den Fahrgastraum übertragen.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Einstellen einer Vorlauftemperatur des Wärmetauschers mittels Einstellen eines Mischverhältnisses des ersten Volumenstroms zu dem Teilvolumenstrom vorgesehen. Das Einstellen kann auf einfache Art und Weise mittels der Mischbatterie erfolgen. Vorteilhaft kann mittels des eingestellten Mischverhältnisses eine Energieeffizienz der Zuheizvorrichtung positiv beeinflusst werden.
-
Die Aufgabe ist außerdem bei einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug, eingerichtet, ausgelegt und/oder konstruiert zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens und/oder mit einer vorab beschriebenen Vorrichtung gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separaten Erfindung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Die einzige 1 zeigt ein Durchfluss- und Schaltschema einer Vorrichtung zum Beheizen eines Fahrgastraums eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs.
-
1 zeigt ein Durchfluss- und Schaltschema einer Vorrichtung 1 zum Beheizen eines mittels des Bezugszeichens 3 lediglich angedeuteten Fahrgastraums eines nur teilweise dargestellten elektrisch antreibbaren Fahrzeugs 5. Das Fahrzeug 5 weist einen elektrischen Antrieb 7 mit zumindest einer wärmespendenden Antriebskomponente 9 auf. Bei der wärmespendenden Antriebskomponente 9 kann es sich beispielsweise um einen Fahrmotor zum Antreiben des Fahrzeugs, eine Leistungselektronik, einen Gleichstrom-/Gleichstromwandler, ein Ladegerät, ein elektrischer Energiespeicher und/oder andere Antriebskomponenten handeln. Die Antriebskomponente 9 ist einem Kühlkreislauf 11 zugeordnet. Mittels des Kühlkreislaufs 11 kann die Antriebskomponente 9 gekühlt werden.
-
Zur Erwärmung des Fahrgastraums 3 weist das Fahrzeug 5 einen Heizkreislauf 13 auf, in den eine Zuheizvorrichtung 15 geschaltet ist. Mittels eines Wärmetauschers 17 kann Abwärme der wärmespendenden Antriebskomponente 9 sowie mittels der Zuheizvorrichtung 15 erzeugte Heizwärme auf den Fahrgastraum 3 zu dessen Beheizung übertragen werden. In dem Kühlkreislauf 11 und dem Heizkreislauf 13 strömt ein Kühlmedium 19, wobei jeweilige Strömungsrichtungen mittels Pfeilen 21 symbolisiert sind. Durch die Zuheizvorrichtung 15 des Heizkreislaufs 13 strömt ein erster Volumenstrom 23 des Kühlmediums 19. Durch die wärmespendende Antriebskomponente 9 des Kühlkreislaufs 11 strömt ein zweiter Volumenstrom 25 des Kühlmediums 19.
-
Der wärmespendenden Antriebskomponente 9 nachgeschaltet weist der Kühlkreislauf 11 ein steuerbares Abzweigventil 27 auf, mittels dem der Kühlkreislauf 11 in einen Bypasszweig 29 und einen Parallelzweig 31 verzweigt werden. Der Bypasszweig 29 mündet in eine Saugseite einer Kühlpumpe 33 des Kühlkreislaufs 11.
-
Der Parallelzweig 31 des Kühlkreislaufs 11 ist dem Heizkreislauf 13 zugeordnet. Dazu wird der Parallelzweig 31 in einem gemeinsamen Teilstück 35 zusammen mit dem Heizkreislauf 13 geführt. Das gemeinsame Teilstück 35 des Parallelzweigs 31 des Kühlkreislaufs 11 sowie des Heizkreislaufs 13 weist eine Mischbatterie 37 sowie dieser nachgeschaltet den Wärmetauscher 17 auf.
-
Die Mischbatterie 37 ist eingangsseitig dem Abzweigventil 27 des Kühlkreislaufs 11 mit einem ersten Eingang und mit einem zweiten Eingang der Zuheizvorrichtung 15 des Heizkreislaufs 13 nachgeschaltet. Ausgangsseitig ist der Mischbatterie 37 der Wärmetauscher 17 nachgeschaltet.
-
Mittels der Mischbatterie 37 kann also der erste Volumenstrom 23 des Kühlkreislaufs 11 mit einem in den Parallelzweig 31 geführten Teilvolumenstrom 39 des zweiten Volumenstroms 25 des Kühlkreislaufs 11 gemischt werden. Dadurch kann vorteilhaft der erste Volumenstrom 23 eingestellt werden beziehungsweise in einem gewünschten Maß verringert werden, wobei sich vorteilhaft eine Eingangstemperaturdifferenz der Zuheizvorrichtung 15 erhöht, die einen optimalen Betrieb der Zuheizvorrichtung 15 ermöglicht.
-
Zum Antreiben des ersten Volumenstroms 23 des Heizkreislaufs 13 ist der Zuheizvorrichtung 15 eine Heizpumpe 41 vorgeschaltet. Bei den Pumpen 33 und 41 der Kreisläufe 11, 13 kann es sich beispielsweise um elektrisch angetriebene Pumpen handeln.
-
Zur Steuerung der Vorrichtung 1 ist diese eine elektrische Kontrolleinheit 43 zugeordnet, die mittels Steuerleitungen 45 die unterschiedlichen Komponenten der Vorrichtung 1 steuert.
-
Die Kreisläufe 11 und 13 weisen verschiedene Regeltemperaturfühler 47 auf, die mittels den Steuerleitungen 45 der elektrischen Kontrolleinheit 43 zugeordnet sind. Der Kühlkreislauf 11 weist der Kühlpumpe 33 nachgeschaltet und einem Kühler 49 vorgeschaltet einen der Regeltemperaturfühler 47 auf. Außerdem ist in den Parallelzweig 31 stromabwärts des Abzweigventils 27 und stromaufwärts der Mischbatterie 37 ein weiterer der Regeltemperaturfühler 47 geschaltet.
-
Der Heizkreislauf 13 weist insgesamt drei der Regeltemperaturfühler 47 auf, einen direkt der Heizpumpe 41 vorgeschaltet, einen zwischen die Mischbatterie 37 und den Wärmetauscher 17 geschaltet sowie einen direkt dem Wärmetauscher 17 nachgeschaltet.
-
Mittels der elektrischen Kontrolleinheit 43 können mittels der Regeltemperaturfühler 47 gemessene Temperaturen des Kühlmediums 19 zumindest gemessen und/oder gesteuert und/oder geregelt werden. Hierzu kann die elektrische Kontrolleinheit 43 die Volumenströme 23, 25 sowie 39 einstellen. Dies kann insbesondere mittels einer Ansteuerung der Pumpen 33 und 41 sowie der Mischbatterie 37 erfolgen. Außerdem kann eine Heizleistung der Zuheizvorrichtung 15 mittels der elektrischen Kontrolleinheit 43 eingestellt werden.
-
Die Zuheizvorrichtung 15 ist als elektrisch betriebener Wasser-PTC ausgelegt und kann in abwärmearmen Betriebsphasen des Fahrzeugs 5 dem Fahrgastraum 3 ausreichend Wärme zur Verfügung stellen. Die Zuheizvorrichtung 15 ist so ausgelegt, dass diese mit einer vergleichsweise hohen Eintrittstemperaturdifferenz energieeffizient den ersten Volumenstrom 23 erwärmen kann. Vorteilhaft kann dieser mittels der nachgeschalteten Mischbatterie 37 an eine Wärmeanforderung des Fahrgastraums 3 sowie eine Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 5 und/oder weitere Parameter so angepasst beziehungsweise reduziert werden, dass sich eine möglichst große Eingangstemperaturdifferenz für die Zuheizvorrichtung 15 ergibt. Die wärmespendende Antriebskomponente 9 kann den zweiten Volumenstrom 25 auf ein mittleres Temperaturniveau, beispielsweise von ungefähr 45° C erwärmen. Durch Zumischen des Teilvolumenstroms 39 des zweiten Volumenstroms 25 kann diese Abwärme mittels des Wärmetauschers 17 ebenfalls auf den Fahrgastraum 3 übertragen werden.
-
Insbesondere kann vorteilhaft in einem Teillastbetrieb des Fahrzeugs 5 eine insgesamt erforderliche elektrische Aufnahme, insbesondere der Zuheizvorrichtung 15 reduziert werden.
-
Das Abzweigventil 27 ist als steuerbares 3-2-Wegeventil ausgelegt.
-
Mittels der Mischbatterie 37 können der Teilvolumenstrom 39 und der erste Volumenstrom 23, die unterschiedliche Temperaturniveaus aufweisen, gemischt werden, um dadurch einerseits eine optimale Temperatur an dem Wärmetauscher 17 sowie einen optimalen zweiten Volumenstrom 25 durch die Zuheizvorrichtung 15 hindurch einzustellen. Vorteilhaft kann die Zuheizvorrichtung 15 stets energieoptimal betrieben werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung
- 3
- Fahrgastraum
- 5
- Fahrzeug
- 7
- elektrischer Antrieb
- 9
- wärmespendende Antriebskomponente
- 11
- Kühlkreislauf
- 13
- Heizkreislauf
- 15
- Zuheizvorrichtung
- 17
- Wärmetauscher
- 19
- Kühlmedium
- 21
- Pfeile
- 23
- erster Volumenstrom
- 25
- zweiter Volumenstrom
- 27
- Abzweigventil
- 29
- Bypasszweig
- 31
- Parallelzweig
- 33
- Kühlpumpe
- 35
- Teilstück
- 37
- Mischbatterie
- 39
- Teilvolumenstrom
- 41
- Heizpumpe
- 43
- Kontrolleinheit
- 45
- Steuerleitung
- 47
- Regeltemperaturfühler
- 49
- Kühler
