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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klimatisierung, insbesondere zum Heizen und/oder Kühlen einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs mittels einer elektrisch betriebenen Heiz- und/oder Kühleinrichtung.
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Hintergrund
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Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen sind neben einem Heiz-, Belüftungs- und Klimamodul (Heating, Ventilating and Air Conditioning Modul (HVAC)) oftmals mit elektrisch betätigten Zusatzheizeinrichtungen, wie etwa einer Sitz- oder Lenkradheizung versehen. Mittels derartiger Zusatzheizeinrichtungen kann der Fahrzeuginsasse instantan eine unmittelbare Erwärmung oder Abkühlung erfahren, indem nämlich bevorzugt solche Innenraumkomponenten des Kraftfahrzeugs, mit welchem der Anwender unmittelbar in Kontakt gelangt, mit geeigneten elektrisch betätigbaren Heiz- und/oder Kühlelementen versehen werden.
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Ist das Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet und wird die zum Betrieb derart elektrischer Zusatzheizungen erforderliche elektrische Energie vom Verbrennungsmotor erzeugt, stellt die Energieversorgung für solche Zusatzheizeinrichtungen in aller Regel keine nennenswerten Probleme dar.
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Anders verhält es sich jedoch im Bereich der Elektromobilität, das heißt, wenn das Antriebskonzept für das Kraftfahrzeug zumindest teilweise oder gänzlich auf einem oder mehreren Elektroantrieben basiert, die mittels einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, etwa mit Batterien oder Akkus mit Energie zu versorgen sind, die das Kraftfahrzeug von einer externen Energiequelle, insbesondere einer Stromquelle, bezieht.
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Insbesondere bei rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen gehen derartige Zusatzheizeinrichtungen zu Lasten der Reichweite des Kraftfahrzeugs.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die innerhalb einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs angeordneten beheizbaren und/oder aktive kühlbaren Innenraumkomponenten möglichst effizient und kostengünstig und möglichst ohne Einbuße hinsichtlich der Reichweite des Fahrzeugs zu implementieren. Ferner soll sich die Erfindung durch einen geringen Fertigungs- und Montageaufwand und mit dementsprechend geringen Mehrkosten umsetzen lassen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Klimatisierung einer Fahrgastzelle gemäß Patentanspruch 1, mit einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung nach Anspruch 6, mit einem Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 10 und einem Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 12 gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jeweils Gegenstand abhängiger Patentansprüche sind.
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Das anspruchsgemäße Verfahren ist zur Klimatisierung, insbesondere zur Vorklimatisierung einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs ausgelegt, um die Fahrgastzelle, zumindest aber darin angeordnete Innenraumkomponenten bereits vor Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs auf ein vorgegebenes Temperaturniveau zu bringen. Es ist hierbei vorgesehen, die in der Fahrgastzelle angeordnete und mit zumindest einem elektrisch betätigbarem Heiz- und/oder Kühlelement versehene Innenraumkomponente zumindest dann zu aktivieren, wenn das Fahrzeug mit einer externen Energiequelle gekoppelt ist.
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Die Aktivierung des Heiz- und/oder Kühlelements soll dabei bevorzugt vor einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs erfolgen, um die Fahrgastzelle bereits vor Fahrtantritt auf ein vorgesehenes Temperaturniveau zu bringen. Diese Art der Standheizung soll dabei ausschließlich aktiviert werden, wenn das Kraftfahrzeug mit einer externen Energiequelle gekoppelt ist.
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Auf diese Art und Weise kann die Fahrgastzelle oder darin angeordnete Innenraumkomponenten zumindest vor Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs ausschließlich mittels extern zugeführter elektrischer Energie auf ein vorgesehenes Temperaturniveau gebracht werden, ohne dass dies zu Lasten der bordeigenen Energieversorgung des Fahrzeugs geht.
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Sobald das Fahrzeug in Betrieb genommen und in Bewegung gesetzt wird, kann das zumindest eine Heiz- und/oder Kühlelement deaktiviert werden und eine Klimatisierung oder Temperierung des Fahrzeuginnenraums, insbesondere dessen Aufheizen kann anderweitig, etwa über eine temperierte Luftströmung und/oder auch unter Ausnutzung der Abwärme eines Antriebs- oder Hilfsantriebs erfolgen.
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Als elektrisch zu temperierende Innenraumkomponente kommen insbesondere die Fahrzeugsitze, das Lenkrad, ein Schaltknauf und/oder Armlehnen bzw. weitere Komponenten der Fahrzeuginnenraumverkleidung, wie z. B. auch eine Türinnenverkleidung infrage. Die Heiz- und/oder Kühlelemente basieren zum Beispiel auf dem Peltier-Effekt und können ferner sogenannte NTC- oder PTC-Widerstände oder Thermistoren aufweisen, die einen dementsprechend negativen oder positiven Temperaturkoeffizienten (NTC, PTC) aufweisen. Zur Implementierung einer reinen Heizfunktion sind mit Strom zu beaufschlagende elektrische Leiter, wie Heizdrähte oder dergleichen denkbar.
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Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Steuereinheit vorgesehen, die in Abhängigkeit einer Kopplung des Fahrzeugs mit einer externen Energiequelle die für die jeweilige Innenraumkomponente vorgesehenen Heiz- und/oder Kühlelemente aktiviert oder bei einer Entkopplung von der externen Energiequelle auch deaktiviert.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Innenraumkomponente mittels extern zugeführter elektrischer Energie auf ein vorgegebenes, von einer Außen- und/oder Innenraumtemperatur abweichendes Temperaturniveau gebracht wird. Das heißt, die Aktivierung der Heiz- und/oder Kühlelemente erfolgt bevorzugt unter Berücksichtigung der Innenraumtemperatur und/oder der Außentemperatur. Insbesondere kann zur Innenraumklimatisierung ein gewünschter Temperatur-Sollwert vorgegeben werden. Ein Aufheizen oder Abkühlen des Innenraums, insbesondere unabhängig vom Betriebszustand des Kraftfahrzeugs kann mittels der Steuereinheit insbesondere dann erfolgen, wenn die Temperaturabweichungen zwischen Sollwert, Innenraumtemperatur und ggf. Außentemperatur oberhalb einer tolerierbaren, vorgegebenen und/oder dynamisch variierenden Abweichung liegen.
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Es ist nach einer Weiterbildung ferner vorgesehen, dass die Innenraumkomponente um ein vorgegebenes, ggf. auch variabel veränderbares und dementsprechend einstellbares Zeitintervall vor einer vorgesehenen Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs durch Aktivierung des Heiz- und/oder Kühlelements aufgeheizt oder abgekühlt wird. Das heißt, im Stillstand des Fahrzeugs ist insbesondere vorgesehen, das Heiz- und/oder Kühlelement nicht dauerhaft, sondern lediglich um ein vorgegebenes Zeitintervall vor einer geplanten Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs zu aktivieren.
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Eine dementsprechende Aktivierung kann z. B. durch eine Programmierung der Steuereinheit erfolgen. Wird das Kraftfahrzeug zum Beispiel während der Nachtstunden zum Aufladen seiner Batterien an eine externe Energiequelle, insbesondere an eine Stromquelle angeschlossen und ist eine Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs regelmäßig z. B. um 07:00 Uhr vorgesehen, so kann die Steuereinheit die Heiz- und/oder Kühlelemente in Abhängigkeit vorherrschender Außen- und/oder Innenraum-Temperaturen zum Beispiel eine viertel oder halbe Stunde vor Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs aktivieren. Der Fahrer bzw. die Fahrzeuginsassen steigen dann in ein bereits vorklimatisiertes Fahrzeug ein. Für jene ursprüngliche Klimatisierung muss keine in den Batterien an Bord des Fahrzeugs gespeicherte elektrische Energie verwendet werden.
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Wie bereits erwähnt, erfolgt die Aktivierung und/oder Deaktivierung des zumindest einen Heiz- und/oder Kühlelements weiterhin unter Berücksichtigung der Innenraum- und/oder Außentemperatur. Ferner kann die Abweichung zwischen Sollwert-Innenraumtemperatur und der aktuell vorliegenden Innenraumtemperatur bzw. Außentemperatur zur Intensitätsregelung der Heiz- und/oder Kühlelemente Verwendung finden.
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In vorteilhafter Weiterbildung ist zudem vorgesehen, dass das Heiz- und/oder Kühlelement zumindest während einer Kopplung des Fahrzeugs mit der externen Energiequelle unter Umgehung eines bordeigenen Energiespeichers mit extern zugeführter elektrischer Energie versorgt wird. Auf diese Art und Weise geht eine initiale Temperierung bzw. Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums nicht zu Lasten der für den Elektroantrieb vorgesehenen elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs.
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In einem nebengeordneten Aspekt ist ferner eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, die zumindest ein elektrisch betätigbares Heiz- und/oder Kühlelement aufweist, welches einer in der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs angeordneten Innenraumkomponente zugeordnet, bevorzugt in oder an einer solchen angeordnet ist.
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Hierbei ist ferner eine Steuereinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, das Heiz- und/oder Kühlelement zumindest dann zu aktivieren, wenn das Fahrzeug mit einer externen Energiequelle gekoppelt ist. Findet eine Entkopplung von der externen Energiequelle statt, kann die Steuereinheit für eine dementsprechende Deaktivierung der Heiz- und/oder Kühlelemente sorgen, sodass komfortrelevante Heiz- oder Kühlfunktionen nicht oder nur geringfügig zu Lasten der Fahrzeugreichweite gehen.
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In vorteilhafter Weiterbildung ist die Innenraumkomponente als Lenkrad, Schalthebel, Armlehne und/oder als Fahrzeugsitz, insbesondere als Fahrzeugsitzlehne oder -Sitzkissen ausgebildet. Als zu temperierende Innenraumkomponente kommen insbesondere solche im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnete Komponenten infrage, mit welchen der Fahrer oder weitere Fahrzeuginsassen unmittelbar in Berührung gelangen.
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Auf diese Art und Weise kann ein für die Fahrzeuginsassen angenehmer und unmittelbar wirkender Heiz- oder Kühleffekt erzeugt werden, obwohl zum Beispiel die Innenraumluft noch eine Temperatur außerhalb eines vorgegebenen Sollwertes oder Solwertbereichs aufweist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das zumindest eine Heiz- und/oder Kühlelement unabhängig vom Betriebszustand des Kraftfahrzeugs aktivierbar, sofern das Kraftfahrzeug an eine externe Energiequelle angeschlossen ist. Insoweit kann eine bereits vor Inbetriebnahme des Fahrzeugantriebs aktivierbare Standheizung bereitgestellt werden.
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Des Weiteren erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinheit das zumindest eine Heiz- und/oder Kühlelement nach einem vorgegebenen Zeitraster und/oder auf manuelle Anforderung hin unabhängig vom Betriebszustand des Kraftfahrzeugs, insbesondere bei abgeschaltetem Fahrzeugantrieb aktivieren kann. Eine Aktivierung des zumindest einen Heiz- und/oder Kühlelements kann zum Beispiel entsprechend einem vorgegebenen, einprogrammierten Zeitplan erfolgen oder auch durch eine Fernbedienung auf Anforderung eines Anwenders aktiviert werden. Insoweit ist die Steuereinheit mit drahtlosen Kommunikationsmitteln versehen, die es ermöglichen, das zumindest eine Heiz- und/oder Kühlelement fernbedienbar zu steuern.
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Das Kommunikationsprotokoll kann z. B. auch für GSM, UMTS oder dergleichen mobile Kommunikationsnetze ausgelegt sein, sodass ein Benutzer etwa mittels eines Mobil- oder Smarttelefons oder eines Personal Digital Assistant (PDA) die Standheizung weitgehend ortsungebunden fernbedienen kann.
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In einem weiteren nebengeordneten Aspekt ist ferner ein Kraftfahrzeug vorgesehen, welches mit einer zuvor beschriebenen Heiz- und/oder Kühleinrichtung ausgestattet ist. Insbesondere weist das Kraftfahrzeug zumindest einen Elektromotor sowie eine mit einer externen Stromversorgung koppelbare elektrische Energiespeichereinrichtung auf, die durch Anschluss an eine externe Stromversorgung aufgeladen werden kann. Eine Vorklimatisierung oder Temperierung zumindest einer mit einem elektrisch betätigbaren Heiz- und/oder Kühlelement versehenen Innenraumkomponente erfolgt hierbei bevorzugt ausschließlich während oder nach Beendigung eines Ladevorgangs, solange das Fahrzeug mit der externen Stromversorgung gekoppelt ist. So hat das Aufladen der für den Fahrzeugantrieb vorgesehenen Batterien in aller Regel Priorität gegenüber einer Standheizungsfunktion.
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Die Steuereinheit ist nach einem weiteren nebengeordneten Aspekt mittels einer Software bzw. einem Computerprogrammprodukt zu steuern, wobei das Computerprogrammprodukt zumindest Programmmittel zur Erkennung aufweist, ob das Kraftfahrzeug an einer externen Energiequelle angeschlossen ist. Weitere Programmmittel sind zur Auswertung der Energiequellenerkennung vorgesehen und dienen der Aktivierung des zumindest einen Heiz- und/oder Kühlelements, wenn die Energiequellen-Anschlusserkennung positiv ist, sodass eine Aktivierung des zumindest einen Heiz- und/oder Kühlelements im Stillstand des Fahrzeugs ausschließlich dann erfolgt, wenn das Kraftfahrzeug an die externe Energiequelle angeschlossen ist.
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Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten werden in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung verdeutlicht, wobei
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1 eine schematische Darstellung eines an eine externe Energieversorgung angeschlossenen Kraftfahrzeugs und
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2 ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Innenraumklimatisierung des Kraftfahrzeugs zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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In 1 ist in vereinfachter Darstellung ein Kraftfahrzeug 12 dargestellt, welches innerhalb seiner Fahrgastzelle 10 zumindest ein Lenkrad 20 und einen Fahrzeugsitz 18 aufweist. Das Lenkrad 20 ist hierbei mit elektrisch betätigbaren Heiz- und/oder Kühlelementen 16, der Fahrzeugsitz 18 mit entsprechenden Heiz- und/oder Kühlelementen 14 versehen.
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Das Kraftfahrzeug 12 weist ferner eine Steuereinheit 24 auf, die der Aktivierung bzw. Deaktivierung der Heiz- und/oder Kühlelemente 14, 16 dient. Das Kraftfahrzeug 12 ist ferner mit einer elektrischen Energiespeichereinrichtung 26, insbesondere mit einer Fahrzeugbatterie oder mit Akkumulatoren 26 versehen, die von einer externen Stromquelle 22 aufladbar ist.
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Die Steuereinheit 24 ist dazu ausgebildet, selbsttätig zu erkennen, ob das Kraftfahrzeug 12 bzw. seine Energiespeichereinrichtung 26 mit der externen Stromversorgung 22 gekoppelt ist. Nur in diesem Lade- oder Kopplungszustand ist eine Vorabtemperierung der Fahrzeuginnenraumkomponenten, insbesondere des Fahrzeuglenkrads 20 bzw. des Fahrzeugsitzes 18 mittels der jeweils zugeordneten Heiz- und/oder Kühlelemente 16, 14 vorgesehen.
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Hierbei kann eine Temperierung, insbesondere ein Erwärmen oder Aufheizen der Innenraumkomponenten 18, 20 unmittelbar aus der externen Stromversorgung 22 unter Umgehung des bordeigenen Energiespeichers 26 erfolgen. Das heißt, zur Vorabtemperierung der Innenraumkomponenten 20, 18 als auch zur Vorabtemperierung oder Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums 10 kann der bordeigene Energiespeicher 26 geschont und damit die Reichweite des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 26 vergrößert werden, da zum Fahrtantritt die Fahrgastzelle bereits klimatisiert und hierfür keine Batteriegespeiste elektrische Energie aufgewendet werden muss.
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2 zeigt ein Flussdiagramm, nach welchem das Verfahren zur Klimatisierung der Fahrgastzelle 10 z. B. arbeiten kann. In einem ersten Schritt 100 wird überprüft, ob das Kraftfahrzeug 12 an die externe Energieversorgung 22 angeschlossen ist. Im nachfolgenden Schritt 102 wird das Ergebnis dieser Abfrage ausgewertet. Ist das Fahrzeug 12 nicht mit einer externen Energiequelle 22 verbunden, springt das Verfahren zurück zu Schritt 100.
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Ist das Fahrzeug hingegen mit der externen Energieversorgung 22 gekoppelt, so werden im nachfolgenden Schritt 104 die Innenraumtemperatur und/oder die vorherrschende Außentemperatur des Kraftfahrzeugs gemessen. Hiernach wird im Schritt 106 werden die gemessenen Temperaturwerte mit einem Innenraumtemperatur-Sollwert verglichen. Ergibt der Vergleich zum Beispiel, dass die Innenraumtemperatur nur geringfügig von der Außentemperatur abweicht, so springt das Verfahren zurück zu Schritt 100, denn es ist keine Temperierung des Fahrzeuginnenraums erforderlich.
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Bei einer oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegenden Abweichung wird jedoch im nachfolgenden Schritt 108 zumindest eine Innenraumkomponente 18, 20 mittels zumindest einem zugeordneten Heiz- und/oder Kühlelement 14, 16 erwärmt oder aktiv gekühlt. Entsprechend einer vorgesehenen Taktung springt auch hier das Verfahren zurück zu Schritt 100.
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Die soeben beschriebene Schleife der Schritte 100, 102, 104, 106 und 108 wird dabei solange durchlaufen, solange die Temperaturunterschiede zwischen Sollwerttemperatur und Innenraumtemperatur oberhalb des eingestellten, bevorzugt variabel veränderbaren Schwellwertes liegen oder solange das Kraftfahrzeug 12 mit der externen Stromversorgung 22 verbunden ist.
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Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausgestaltung der Erfindung zu welcher weitere zahlreiche Varianten denkbar und im Rahmen der Erfindung sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Erfindung als einschränkend auszulegen. Die vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine mögliche Implementierung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Patentansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrgastzelle
- 12
- Kraftfahrzeug
- 14
- Heiz- und/oder Kühlelement
- 16
- Heiz- und/oder Kühlelement
- 18
- Fahrzeugsitz
- 20
- Lenkrad
- 22
- Externe Stromquelle
- 24
- Steuereinheit
- 26
- Elektrischer Energiespeicher
