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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
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Verschiedenartige Verfahren zum Betrieb einer Innenraumklimatisierung in Fahrzeugen sind bekannt. Ein derartiges Verfahren zeigt beispielsweise die
US 5647534 A . Ein Fahrzeug weist Heiz- und Klimageräte auf, wobei die Verlustleistung der Antriebseinheiten (z. B. ein Verbrennungsmotor oder eine elektrische Maschine) die Wärmeenergie zum Heizen des Fahrzeuginnenraumes darstellt. Die Antriebseinheit wird von einem Kühlmittel durchflossen, welches die Wärmeenergie aufnimmt. Dieses Kühlmittel fließt durch einen Wärmetauscher, welcher sich im Heiz- bzw. Klimagerät befindet. Um die Wärme in den Innenraum des Fahrzeugs zu führen, wird der Wärmetauscher von Luft durchströmt, welche die Wärme aufnimmt. Typischerweise wird diese Luft aus der Fahrzeugumgebung, dem Außenbereich der Fahrgastzelle angesaugt.
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Da bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen weniger Abwärme durch die Antriebseinheiten zur Verfügung steht, ist beispielsweise aus der genannten
US 5647534 A ein Verfahren bekannt, welches stattdessen die Abwärme der in Hybrid- und Elektrofahrzeugen verbauten Hochvoltbatterie verwendet. Bei derartigen Verfahren zum Betrieb einer Innenraumklimatisierung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen ist vermehrter Umluftbetrieb erforderlich, um einen entsprechenden Heizkomfort sicher zu stellen. Bei diesem Umluftbetrieb wird die Luft, welche die Fahrgastzelle erwärmt, aus der Fahrgastzelle selbst angesaugt. Um diese Luft zu trocknen, werden Feuchtigkeitsabsorber (Trockner) im Fahrzeug verbaut. Falls diese keine Feuchtigkeit mehr aufnehmen können, müssen sie ausgeheizt werden.
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Der vermehrte Umluftbetrieb führt nachteilig dazu, dass der Feuchtigkeitsabsorber, der zur Trocknung der Luft im Fahrzeug verbaut ist, in kürzeren Abständen keine Feuchtigkeit aufnehmen kann und häufiger elektrisch ausgeheizt werden muss. Das Trocknen des Feuchtigkeitsabsorbers benötigt nachteilig zusätzliche elektrische Energie, die bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen für den Vortrieb benötigt wird. Zudem wird die dem Feuchtigkeitsabsorber entzogene Feuchtigkeit nachteilig über die Fahrgastzelle abgeführt.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, einen Umluftbetrieb zu gewährleisten und den Feuchtigkeitsabsorber ohne zusätzliche Energiequellen zu desorbieren (zu trocknen).
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt A Fahrgastzellenluft aus der Fahrgastzelle aufgeheizt, die aufgeheizte Luft durch einen Feuchtigkeitsabsorber getrocknet und erneut der Fahrgastzelle zugeführt wird und in einem zweiten Verfahrensschritt B Außenbereichsluft erwärmt und der Feuchtigkeitsabsorber durch die aufgeheizte Luft getrocknet wird. Aufgrund des im ersten Verfahrensschritt erfolgenden Umluftbetriebs wird im Vergleich zum Durchluftbetrieb die Fahrgastzelle schneller erwärmt. Da die Fahrzeuginsassen durch die Atmung, durch Schwitzen oder auch aufgrund nasser Kleidung Feuchtigkeit abgeben, wird die Luft der Fahrgastzelle im Umluftbetrieb durch einen Feuchtigkeitsabsorber getrocknet, um die Luftfeuchtigkeit gering zu halten und einen Scheibenbeschlag der Fahrgastzelle zu verhindern. Da dieser Feuchtigkeitsabsorber im Umluftbetrieb schneller als im Durchluftbetrieb keine Feuchtigkeit mehr aufnehmen kann, muss er ausgeheizt werden. Zu diesem Zweck wird im zweiten Verfahrensschritt Außenbereichsluft aus dem Bereich außerhalb der Fahrgastzelle aufgeheizt und der Feuchtigkeitsabsorber durch die aufgeheizte Luft getrocknet. Vorteilhaft sind somit keine separate elektrische Heizung oder andere Wärmequellen zur Trocknung des Feuchtigkeitsabsorbers notwendig, durch die elektrische Energie, die zum Vortrieb des Fahrzeugs benötigt wird, verbraucht wird.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
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Vorteilhaft wird in dem ersten Verfahrensschritt A die Innenraumklimatisierung im Umluftbetrieb betrieben. Die Fahrgastzellenluft aus der Fahrgastzelle wird durch eine erste Wärmequelle aufgeheizt und erneut der Fahrgastzelle zugeführt. Im zweiten Verfahrensschritt B wird vom Umluftbetrieb auf Durchluftbetrieb geschaltet und die Außenbereichsluft durch die zweite Wärmequelle erwärmt und in die Fahrgastzelle geleitet. Somit wird die Außenbereichsluft vorteilhaft vorgewärmt anstatt auf Außenbereichstemperatur in die Fahrgastzelle zu gelangen. Die Fahrgastzellenluft aus der Fahrgastzelle wird durch die erste Wärmequelle aufgeheizt. Der Feuchtigkeitsabsorber wird durch die aufgeheizte Luft getrocknet und die mit Feuchtigkeit beladene Luft nach Trocknung des Feuchtigkeitsabsorbers vorteilhaft aus der Fahrgastzelle heraus geführt. Somit wird dazu beigetragen, dass die Luftfeuchtigkeit in der Fahrgastzelle nicht durch die aus dem zu trocknenden Feuchtigkeitsabsorber austretende Feuchtigkeit erhöht wird.
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Das in den unabhängigen Ansprüchen beschriebene Verfahren zum Betreiben einer Innenraumklimatisierung verwendet vorteilhaft als erste Wärmequelle eine Hochvoltbatterie. Elektro- und Hybridfahrzeuge verfügen über eine Hochvoltbatterie, welche die Energie für den Vortrieb durch einen Elektromotor speichert. Diese Batterie wird im Betrieb durch die Verluste der Energiewandlung beim Laden und Entladen erwärmt. Diese Abwärme kann genutzt werden, um vorteilhaft die Luft der Fahrgastzelle zu erwärmen und/oder den Feuchtigkeitsabsorber zu trocknen.
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Vorteilhaft wird als zweite Wärmequelle ein Wärmetauscher verwendet. Die in Hybrid- und Elektrofahrzeugen aus der Antriebseinheit zur Verfügung stehende Abwärme kann somit ebenfalls für die Erwärmung der Fahrgastzelle genutzt werden. Wird im zweiten Verfahrensschritt von Umluftbetrieb auf Durchluftbetrieb geschaltet, kann die Luft, die aus dem Außenbereich außerhalb der Fahrgastzelle stammt, vorteilhaft erwärmt werden und der Fahrgastzelle zugeführt werden. Wird der Fahrgastzelle durch den Wärmetauscher erwärmte Luft aus dem Außenbereich der Fahrgastzelle zugeführt, wird einer Abkühlung der Fahrgastzelle vorteilhaft vorgebeugt.
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Der Wechsel von Verfahrensschritt A zu Verfahrensschritt B wird vorteilhaft dann vorgenommen, wenn die aktuelle Fahrgastzellentemperatur T_F der vorgegebenen Solltemperatur T_S der Fahrgastzelle entspricht und/oder diese überschreitet. Beispielsweise kann der Fahrer somit vorteilhaft eine Solltemperatur T_S vorgeben, bei der von Umluft auf Durchluftbetrieb geschaltet wird. Er kann somit den Trocknungsvorgang des Feuchtigkeitsabsorbers auch dann manuell einleiten, wenn dieser noch nicht voll beladen ist und noch Trocknungsfähigkeit besitzt.
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Kann der Feuchtigkeitsabsorber keine weitere Feuchtigkeit aus der Luft absorbieren, erfolgt der Wechsel von Schritt A zu Schritt B des Verfahrens, um ein Ansteigen der Luftfeuchtigkeit in der Fahrgastzelle verbunden mit einem etwaigen Scheibenbeschlag zu vermeiden. Um den Feuchtigkeitsgehalt F_G des Feuchtigkeitsabsorbers zu bestimmen, wird zu diesem Zweck vorteilhaft ein Feuchtigkeitssensor eingesetzt, der dem Feuchtigkeitsabsorber nachgeschaltet ist.
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Ist die Fahrgastzellentemperatur T_F kleiner oder gleich der Taupunkttemperatur T_T in der Fahrgastzelle, beginnt die erhöhte Luftfeuchtigkeit innerhalb der Fahrgastzelle auf den Fahrzeugscheiben zu kondensieren. Vorteilhaft wird der Wechsel von Verfahrensschritt A zu Verfahrensschritt B dann vorgenommen, wenn die Fahrgastzellentemperatur T_F der Taupunkttemperatur T_T in der Fahrgastzelle entspricht und/oder diese unterschreitet. Um die Temperatur der Fahrgastzelle zu ermitteln, ist vorteilhaft ein Fahrgastzellentemperatursensor vorgesehen. Über einen Taupunkttemperatursensor T_F wird vorteilhaft die Taupunkttemperatur T_T gemessen.
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Vorteilhaft wird im Umluftbetrieb die Luft, die durch die erste Wärmequelle aufgeheizt und durch den Feuchtigkeitsabsorber getrocknet wird, der Fahrgastzelle wieder zugeführt. Zu diesem Zweck ist im ersten Schritt des Verfahrens die mindestens eine Fahrzeuginnenraumluftklappe geöffnet und die mindestens eine Fahrzeugumgebungsluftklappe geschlossen. Wird im zweiten Schritt des Verfahrens von Umluft- auf Durchluftbetrieb geschaltet, wird die Fahrzeuginnenraumluftklappe geschlossen und die Fahrzeugumgebungsluftklappe geöffnet. Dadurch wird die Feuchtigkeit aus dem Feuchtigkeitsabsorber durch die aufgeheizte Luft vorteilhaft in den Außenbereich der Fahrgastzelle geführt.
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Der Wechsel vom ersten Schritt A zum zweiten Schritt B des Verfahrens wird vorteilhaft vom Batteriesteuergerät gesteuert. Die Fahrzeuginnenraumluftklappe und Fahrzeugumgebungsluftklappe, über die gewählt wird, ob die Luft der Fahrgastzelle oder dem Außenbereich der Fahrgastzelle zugeführt wird, sind vorteilhaft in der Nähe der Batterie angeordnet oder gehören zum Batteriegehäuse.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens;
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines im ersten Verfahrensschritt A ablaufenden Umluftbetriebes;
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3 stellt schematisch einen im zweiten Verfahrensschritt B stattfindenden Durchluftbetrieb dar.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Schema des Verfahrens als Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Schritt A wird die Innenraumklimatisierung 1 im Umluftbetrieb betrieben. Hierbei wird Fahrgastzellenluft 14/1 aus der Fahrgastzelle 9 durch die erste Wärmequelle 3 aufgeheizt und die aufgeheizte Luft 16 durch den Feuchtigkeitsabsorber 5 getrocknet und als getrocknete Luft 20 erneut der Fahrgastzelle 9 zugeführt. Im Schritt B wird die Innenraumklimatisierung 1 im Durchluftbetrieb betrieben. Hierbei wird Außenbereichsluft 19 aus dem Außenbereich 12 der Fahrgastzelle 9 durch die zweite Wärmequelle 4 aufgeheizt und in die Fahrgastzelle 9 geleitet und Fahrgastzellenluft 14/1 aus der Fahrgastzelle 9 durch die erste Wärmequelle 3 aufgeheizt und der Feuchtigkeitsabsorber 5 durch die aufgeheizte Luft 16 getrocknet und die aufgeheizte Luft 20 aus der Fahrgastzelle 9 geführt.
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Die 2 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch den Umluftbetrieb (Verfahrensschritt A gemäß 1) der Innenraumklimatisierung 1 in einem Fahrzeug 2, beispielsweise einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug. Das Fahrzeug 2 weist eine Fahrgastzelle 9 auf, über eine erste Luftzufuhr 17/1 kann Fahrgastzellenluft 14/1 aus der Fahrgastzelle 9 der ersten Wärmequelle 3, beispielsweise eine Hochvoltbatterie, zugeführt werden und in Form von aufgeheizter Luft 20 über die Luftabfuhr 17/2 wieder in die Fahrgastzelle 9 eingeleitet werden. Weiterhin weist das Fahrzeug 2 eine zweite Luftzufuhr 13/1 auf, über die Fahrgastzellenluft 14/2 aus der Fahrgastzelle 9 der zweiten Wärmequelle 4, beispielsweise ein Wärmetauscher, zugeführt werden kann und in Form von erwärmter Luft 15 über die Luftabfuhr 13/2 wieder der Fahrgastzelle 9 zugeführt wird.
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Im Schritt A des Verfahrens der 1 weist die mit einem Fahrgastzellentemperatursensor 11 gemessene Fahrgastzellentemperatur T_F eine Temperatur oberhalb des Taupunktes Tp auf. In diesem Fall kann keine Luftfeuchtigkeit auf den Scheiben der Fahrgastzelle 9 kondensieren. Die mit Hilfe eines Taupunkttemperatursensors 18 ermittelte Taupunkttemperatur T_T ist die Temperatur, bei der innerhalb der Fahrgastzelle 9 der Taupunkt Tp erreicht wird. Im Schritt A des Verfahrens wird Fahrgastzellenluft 14/1 aus der Fahrgastzelle 9 über die erste Luftzufuhr 17/1 der ersten Wärmequelle 3 zugeführt und durch diese aufgeheizt. Nach der Aufheizung wird die aufgeheizte Luft 16 durch einen Feuchtigkeitsabsorber 5 getrocknet und der Feuchtigkeitsgehalt F_G durch einen dem Feuchtigkeitsabsorber 5 nachgeschalteten Feuchtigkeitssensor 10 gemessen. Über die Luftabfuhr 17/2 und durch die geöffnete Fahrzeuginnenraumluftklappe 7 tritt die aufgeheizte Luft 20 dann in die Fahrgastzelle 9. Da die Fahrzeugumgebungsluftklappe 8 geschlossen ist, ist ein Austreten der aufgeheizten Luft 20 in den Außenbereich 12 des Fahrzeuges 2 nicht möglich. Weiterhin wird über eine zweite Luftzufuhr 13/1 Fahrgastzellenluft 14/2 aus der Fahrgastzelle 9 der zweiten Wärmequelle 4 zugeführt, dort erwärmt und schließlich erneut in Form erwärmter Luft 15 in die Fahrgastzelle 9 eingeleitet. Diese Art des Betriebs wird Umluftbetrieb genannt. Gibt der Fahrer des Fahrzeugs 2 eine Solltemperatur T_S für die Fahrgastzelle 9 vor und liegt die gemessene Fahrgastzellentemperatur T_F unterhalb dieser Temperatur, läuft Schritt A des Verfahrens ab und die Innenraumklimatisierung wird im Umluftbetrieb betrieben.
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Die 3 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung den Durchluftbetrieb (Verfahrensschritt B gemäß 1) der Innenraumklimatisierung 1 in einem Fahrzeug 2, beispielsweise einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug. Das Fahrzeug 2 weist eine Fahrgastzelle 9 auf, über eine erste Luftzufuhr 17/1 kann Fahrgastzellenluft 14/1 aus der Fahrgastzelle 9 der ersten Wärmequelle 3, beispielsweise eine Hochvoltbatterie, zugeführt werden und in Form von aufgeheizter Luft 20 über die Luftabfuhr 17/2 in den Außenbereich 12 der Fahrgastzelle 9 geführt werden. Weiterhin weist das Fahrzeug 2 eine zweite Luftzufuhr 13/1 auf, über die Außenluft 19 aus dem Außenbereich 12 der Fahrgastzelle 9 der zweiten Wärmequelle 4, beispielsweise ein Wärmetauscher, zugeführt werden kann und in Form von erwärmter Luft 15 über die Luftabfuhr 13/2 der Fahrgastzelle 9 zugeführt wird.
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Weist die mit dem Fahrgastzellentemperatursensor 11 gemessene Fahrgastzellentemperatur T_F eine Temperatur auf, die gleich oder höher als die vom Fahrer vorgegebene Solltemperatur T_S und/oder innerhalb der Fahrgastzelle 9 der mit dem Taupunkttemperatursensor 18 gemessenen Taupunkttemperatur T_T entspricht oder niedriger als diese ist, läuft der Schritt B des in 1 gezeigten Verfahrens ab. Der Wechsel von Schritt A zu Schritt B wird von einem Steuergerät 6, z. B. ein Klimasteuergerät oder Batteriesteuergerät, gesteuert. Die Innenraumklimatisierung 1 wird im Schritt B des Verfahrens im Durchluftbetrieb betrieben. Der Taupunkt Tp stellt sich beispielsweise dann ein, wenn der Feuchtigkeitsabsorber 5 keine Feuchtigkeit mehr aufnehmen kann, also voll ist bzw. voll beladen ist und die Luftfeuchtigkeit in der Fahrgastzelle 9 so stark ansteigt, dass sie auf den Scheiben der Fahrgastzelle 9 kondensiert. Die Feuchtigkeitsgehalt F_G des Feuchtigkeitsabsorbers 5 wird über einen dem Feuchtigkeitsabsorber 5 nachgeschalteten Feuchtigkeitssensor 10 gemessen. Im Durchluftbetrieb des Verfahrensschrittes B wird die mindestens eine Fahrzeuginnenraumluftklappe 7 geschlossen und die mindestens eine Fahrzeugumgebungsluftklappe 8 geöffnet. Außenluft 19 wird durch die zweite Wärmequelle 4 aufgeheizt und über die Luftabfuhr 13/2 in Form erwärmter Luft 15 in die Fahrgastzelle 9 geleitet. Anschließend wird die Fahrgastzellenluft 14/1 durch die erste Wärmequelle 3 weiter aufgeheizt. Somit trocknet die aufgeheizte Luft 16, nachdem sie durch die erste Wärmequelle 3 aufgeheizt wurde, den Feuchtigkeitsabsorber 5 und wird anschließend über die geöffnete Fahrzeugumgebungsluftklappe 8 in den Außenbereich 12 der Fahrgastzelle geleitet. Die Steuerung der Fahrzeuginnenraumluftklappe 7 und der Fahrzeugumgebungsluftklappe 8 erfolgt über ein Steuergerät 6, beispielsweise ein Klimasteuergerät oder ein Batteriesteuergerät.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5647534 A [0002, 0003]
