Klimatisierung Elektrofahrzeug Funktion

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Funktionsvoraussetzungen Klimatisierung Elektrofahrzeug allgemein

 Bedienfunktionen: Kl. 15 EIN

 Klimatisierungsautomatik aktiviert

 Antriebsstrang betriebsbereit (Status "READY")

Klimatisierung Elektrofahrzeug allgemein

Das Steuergerät Elektronisches Zündschloss (EZS) (N73/8) sendet den Klemmenstatus Kl. 15 an das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik (N22/2).

Das Steuergerät Antriebsstrang (N127) sendet das Signal "Elektroantrieb READY" an das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik.

Die Heizungsregelung und Lüftung erfolgt durch das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik.

Das Thermomanagement kontrolliert automatisch nach dem Systemstart die Temperaturen des Fahrzeuginnenraums sowie der Hochvoltbatterie- und Elektrokomponenten. Mit den ermittelten Temperaturwerten und der besonderen Funktion dieses Systems kann für die Aufwärmung des Wassers eine "Wärmepumpenfunktion" genutzt werden.

Die Regelung des Systems "Wärmepumpe" ist so ausgelegt, dass durch die Nutzung von Abwärme der Hochvoltbatterien bzw. vorhandener Energie der Umgebung im Regelbetrieb eine Heizzahl zwischen 1,5 und 2,5 erreicht wird.

Dadurch wird der Energieverbrauch aus den Hochvoltbatterien zum Temperieren des Fahrzeuginnenraums und der Hochvoltbatterien reduziert und somit die Reichweite des Fahrzeugs erhöht.

 Die Heizzahl ("Coefficient of Performance") beschreibt das Verhältnis der abgegebenen Wärmeleistung zur aufgenommenen elektrischen Leistung der Wärmepumpe.

Ein wesentlicher Bestandteil des Systems ist der elektrische Kältemittelverdichter (A9/6) im Motorraum. Durch die fehlenden Motorgeräusche eines Verbrennungsmotors können unter Umständen Nebengeräusche, wie beispielsweise die des elektrischen Kältemittelverdichters, deutlicher wahrgenommen werden.

 Detaillierte Informationen zur Kühlung und dem Thermomanagement sind der separaten Funktionsbeschreibung "Kühlung Hochvolt-Bordnetz Funktion" zu entnehmen.

Die Klimatisierungsfunktion umfasst folgende Teilfunktionen:

 Lüftung Funktion

 Kältemittelkreislauf Funktion

 Regelung Klimatisierung

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Zusätzliche Belüftungsdüsen
Der Code FJ6 (Mittelbereich mit 2-DIN-Ablagefächern u. Luftdüse) beinhaltet im Mittelbereich der Instrumententafel zwei DIN-Ablagefächer und zwei zusätzliche Belüftungsdüsen für eine verbesserte Luftverteilung. Die Ausstattung steht optional zur Verfügung.

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Lüftung Funktion

Die Lüftung vorn sorgt für die Durchlüftung des Fahrzeuginnenraums vorn (Luftzirkulation) und zusätzlich für folgende Zustände:

 Beschlagfreihaltung der Scheiben

 Sauerstoffversorgung der Fahrzeuginsassen

 Schnelles Erreichen von gleichmäßigen und angenehmen Temperaturen im Fahrzeuginnenraum vorn

Die Lüftung kann in einer der folgenden Betriebsarten erfolgen:

 Frischluftbetrieb

 Umluftbetrieb

Die Auswahl des Frisch- oder Umluftbetriebs wird durch folgende Tasten gesteuert:

 Taste Umluft (N22/2s8)

 Taste Luftverteilung (N22/2s5)

Die Tasten sind im Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik integriert.

Die Steuerung der Durchsatzmenge wird über die verschiedenen Gebläsestufenvarianten des Stellmotors Frischluft-/Umluftklappe (M2/5) und der Stellmotoren Mischluftklappe (M2/6, M2/7) über den elektronischen Gebläseregler (N29) erhöht oder reduziert.

Die Verteilung der angesaugten Frischluft oder Umluft im Fahrzeuginnenraum vorn erfolgt dann, je nach Anforderung der Luftverteilung, über folgende Luftaustrittsdüsen:

 Entfrosterdüse Seitenfenster links und rechts

 Schwenkbare Seitendüsen links und rechts

 Schwenkbare Mittendüsen links und rechts (mit Code FJ6 (Mittelbereich mit 2-DIN-Ablagefächern u. Luftdüse))

 Fußraumdüsen links und rechts

 Entfrosterdüsen Frontscheibe

Die Funktion Lüftung umfasst folgende Teilfunktionen:

 Frischluftbetrieb

 Umluftbetrieb

 Ansteuerung der Luftführungsklappen

Frischluftbetrieb

Der Frischluftbetrieb ist aktiviert, wenn die LED in der Taste Umluft nicht leuchtet. Der Stellmotor Frischluft-/Umluftklappe (M2/5) stellt die Frisch- und Umluftklappe in Stellung "Frischluft geöffnet". In dieser Stellung saugen der Stellmotor Frischluft-/Umluftklappe und die Stellmotoren Mischluftklappe (M2/6, M2/7) über das Lufteinlassgitter Motorraum rechts, den Innenraumfilter und die Frisch- und Umluftklappe die Umgebungsluft in den Klimakasten.

Umluftbetrieb

Der Umluftbetrieb ist eingeschaltet, wenn die LED in der Taste Umluft leuchtet. Der Stellmotor Frischluft-/Umluftklappe stellt die Frisch- und Umluftklappe in die Stellung "Frischluft geschlossen". In dieser Stellung saugen der Stellmotor Frischluft/Umluftklappe und die Stellmotoren Mischluftklappe die Umluft aus dem Fahrzeuginnenraum vorn in den Klimakasten. Je nach Einstellung der Gebläsestufenvarianten sowie nach Einstellung der Temperaturwahl- und Luftverteilungsvarianten gelangt die Umluft durch die Luftkanäle und die Luftaustrittsdüsen wieder in den Fahrzeuginnenraum vorn.

Im Heizbetrieb wird auf Frischluftbetrieb umgeschaltet. Der Übergangsbereich (leichter Heiz-/Kühlbetrieb) hingegen wird mit variabler Mischluft betrieben. Im Kühlbetrieb ("MAX COOL") wird auf Umluftbetrieb umgeschaltet. Eine automatische Spülung mit Frischluft findet durch eine im Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik hinterlegten Zeit statt.

Ansteuerung der Luftführungsklappen

Durch die Verstellung der Luftführungsklappen im Klimatisierungskasten wird die Luftverteilung im Fahrzeuginnenraum gesteuert.

Folgende Luftführungsklappen werden betätigt:

 Entfroster-, Fußraum-, Seitendüsen- und Mitteldüsenklappen (mit Code FJ6 (Mittelbereich mit 2-DIN-Ablagefächern u. Luftdüse)) über den elektronischen Gebläseregler (N29) (Belüftungsregelung)

 Mischluftklappen über Stellmotor Mischluftklappe links (M2/6) und Stellmotor Mischluftklappe rechts (M2/7) (Temperaturregelung)

 Frischluft-/Umluftklappe über den Stellmotor Frischluft-/Umluftklappe (M2/5) (Frischluft-/Umluftregelung)

 Die Frischluft-/Umluftklappe wird nach einem Unfall (Crash-Signal gesendet) geschlossen.

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Kältemittelkreislauf Funktion

Der Kältemittelkreislauf erzeugt die für die Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums erforderliche Kälte durch die Änderung des Aggregatzustands des Kältemittels von flüssig in gasförmig. Ebenfalls kann über den Kältemittelkreislauf die Kühlmitteltemperatur des Kühlmittelkreislaufs der Hochvoltbatterien gesenkt werden (Niedertemperaturkreislauf 2).

 Detaillierte Informationen zur Kühlung der Hochvoltbatterien sind der separaten Funktionsbeschreibung "Kühlung Hochvolt-Bordnetz Funktion" zu entnehmen.

Die Regelung des Kältemittelkreislaufs erfolgt durch das Steuergerät Antriebsstrang (N127). Die elektrische Ansteuerung des Expansionsventils (Y140/1) erfolgt über das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik (N22/2). Die Anforderungen der Fahrzeuginsassen zur Regelung der Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums werden auch durch das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik eingelesen.

Der Kältemittelkreislauf für die Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums besteht im Wesentlichen aus folgenden Bauteilen:

 Elektrischer Kältemittelverdichter (A9/6)

 Expansionsventil (Y140/1)

 Absperrventil Verdampfer Hochvoltbatterie-Kühlung (Y19/19)

 Verdampfer (Fahrzeuginnenraum) (1)

 Verdampfer/Wärmetauscher (2)

 Kondensator (3)

 Innerer Wärmetauscher (4)

 Flüssigkeitsbehälter (Trockner)

Die einzelnen Komponenten des Kältemittelkreislaufs sind durch Schlauch- und Rohrleitungen miteinander verbunden und bilden ein geschlossenes System.

Der Kältemittelkreislauf teilt sich wie folgt auf:

 Hochdruckseite

 Niederdruckseite

Hochdruckseite

Der elektrische Kältemittelverdichter (A9/6) saugt das kalte gasförmige Kältemittel an, verdichtet es, wobei es sich erhitzt, und fördert es in den Kondensator. Das verdichtete heiße Kältemittel wird im Kondensator durch die vorbeiströmende Außenluft abgekühlt.

Das Kältemittel ändert seinen Aggregatzustand von gasförmig zu flüssig. Das Kältemittel strömt anschließend in den Flüssigkeitsbehälter. Beim Durchströmen des Flüssigkeitsbehälters wird dem Kältemittel Feuchtigkeit entzogen, Dampfblasen werden abgeschieden und mechanische Verunreinigungen herausgefiltert, um die nachfolgenden Komponenten zu schützen. Das gereinigte Kältemittel strömt weiter zum Expansionsventil und dort wird das unter hohem Druck stehende, flüssige Kältemittel in den Verdampfer eingespritzt.

Niederdruckseite

Das flüssige Kältemittel entspannt sich im Verdampfer und ändert seinen Aggregatzustand von flüssig in gasförmig. Die zum Verdampfen benötigte Verdampfungswärme wird der an den Verdampferlamellen vorbeiströmenden Luft entzogen, wobei sich diese abkühlt. Das nun vollständig gasförmige Kältemittel wird vom elektrischen Kältemittelverdichter wieder angesaugt und verdichtet.

Die abgekühlte Luft wird durch das Ansteuern des Stellmotors Frischluft-/Umluftklappe und der Stellmotoren Mischluftklappe dem Fahrzeuginnenraum zugeführt.

Regelung Klimatisierung

Die Klimatisierung erfolgt über die vom Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik erfassten Signale (z. B. Innenraumtemperatur, Außentemperatur, Kühlmitteltemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit) und in Abhängigkeit der gewählten Einstellungen am Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik.

Die Funktion Regelung Klimatisierung umfasst folgende Teilfunktionen:

 Funktionsablauf Erfassen und Auswerten der Signale

 Funktionsablauf Ansteuerung der Klimakomponenten

 Funktionsablauf Entfrostfunktion

 Funktionsablauf Verdampfertrocknung

 Funktionsablauf Heizkreislauf

Funktionsablauf Erfassen und Auswerten der Signale

Folgende Signale werden erfasst und ausgewertet:

 Außentemperatur

 Innenraumtemperatur

 Temperatur und Feuchte der Frontscheibe

 Kühlmitteltemperatur

 Temperatur Verdampfer

 Kältemitteldruck

 Sonneneinstrahlung

 Fahrzeuggeschwindigkeit

 Türstatus

Außentemperatur

Das Steuergerät SAM (N10) liest das Signal des Außentemperatursensors (B14) direkt ein, errechnet die Außentemperatur und sendet diese an das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik. Das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik benötigt diesen Wert, um die gewünschte Innenraumtemperatur durch entsprechendes Verstellen der Mischluftklappen zu erreichen.

 Bei stehendem Fahrzeug kann die gemessene Temperatur von der Außentemperatur erheblich abweichen. Eine Einbeziehung der Außentemperatur in die Regelung wird deshalb nur vorgenommen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit für eine Zeit von mindestens 30 Sekunden  30 km/h ist. Bei Geschwindigkeiten < 30 km/h sowie beim Aus- und Einschalten der Zündung wird der zuletzt gemessene Temperaturwert verwendet.

Innenraumtemperatur

Die Innenraumtemperatur wird vom Innenraumtemperatur-Sensor (B10/4) erfasst und direkt vom Steuergerät SAM eingelesen. Das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik sendet eine Anforderung an den elektronischen Gebläseregler (N29). Daraufhin werden der Stellmotor Frischluft-/Umluftklappe und die Stellmotoren Mischluftklappe angesteuert und saugen die Luft zur Temperaturmessung aus dem Fahrzeuginnenraum an.

Temperatur und Feuchte der Frontscheibe

Die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit (Taupunkttemperatur) an der Innenseite der Frontscheibe wird vom Regen- und Lichtsensor (B38/2) erfasst.

Der Regen- und Lichtsensor sendet das Signal an das Steuergerät SAM. Das Steuergerät SAM errechnet die Taupunkttemperatur und sendet das Signal an das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik. Aus der Taupunkttemperatur errechnet das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik die relative Luftfeuchtigkeit und die Temperatur der Innenseite der Frontscheibe.

Ein Beschlag der Frontscheibe kann somit erkannt werden oder bei drohendem Beschlag der Frontscheibe werden entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet, wie z. B. das Zuschalten des elektrischen Kältemittelverdichters.

Kühlmitteltemperatur

Die Temperatur des Kühlmittels des Niedertemperaturkreislaufs 2 wird vom Temperatursensor Kühlmittelkreislauf Niedertemperatur 2 (B11/7) erfasst. Das Signal wird direkt vom Steuergerät Antriebsstrang eingelesen und ausgewertet. Das Steuergerät Antriebsstrang sendet das Signal "Kühlmitteltemperatur" an das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik. Der Wert wird zur Steuerung der Mischluftklappen und zur Ansteuerung des elektrischen Kältemittelverdichters verwendet.

Temperatur Verdampfer

Um ein Vereisen des Verdampfers zu verhindern, wird die Verdampfertemperatur durch den Verdampfertemperatur-Sensor (B10/6) erfasst. Die Signale des Verdampfertemperatur-Sensors werden vom Steuergerät SAM direkt eingelesen. Sinkt die Verdampfertemperatur auf ca. 2 °C ab, wird der elektrische Kältemittelverdichter abgeschaltet.

Kältemitteldruck

Der Kältemitteldruck wird vom Druck- und Temperatursensor Kühler (B161/1) und vom Druck- und Temperatursensor Kondensator (B161/2) erfasst. Die Signale der Drucksensoren werden über das Steuergerät SAM weitergeleitet an das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik. Der Druck wird mit einer hinterlegten Temperatur-Druck-Kurve verglichen.

Bei einem Kältemitteldruck < 0,8 bar und > 30 bar wird der elektrische Kältemittelverdichter abgeschaltet oder nicht zugeschaltet.

Bei einem Kältemitteldruck zwischen 0,8 und 30 bar wird der elektrische Kältemittelverdichter wieder ein- oder zugeschaltet.

Sonneneinstrahlung

Der Einfallswinkel und die Intensität der Sonnenstrahlung in das Fahrzeug werden vom Regen- und Lichtsensor (B38/2) erfasst. Das Steuergerät SAM liest das Signal ein, wertet dieses aus und sendet das Signal an das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik. Bei einseitiger Sonneneinstrahlung wird eine angemessene Temperaturdifferenz zwischen der linken und rechten Regel-Sollwerttemperatur eingestellt.

Fahrzeuggeschwindigkeit

Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird vom Steuergerät ESP® (N30/4) an das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik gesendet. Die Fahrzeuggeschwindigkeit dient der Regelung zur internen Berechnung der Außentemperatur, z. B. im Standbetrieb.

Türstatus

Der Status der jeweiligen Tür wird von folgenden Steuergeräten ermittelt:

 Steuergerät Fahrertür (N69/1)

 Steuergerät Beifahrertür (N69/2)

Das jeweilige Steuergerät sendet den Status an das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik. Das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik behält bei geöffneter Tür die aktuelle Gebläsestufe bei, um bei großen Temperaturunterschieden zwischen Innenraumluft und Außenluft ein unnötiges Nachregeln zu vermeiden.

Funktionsablauf Ansteuerung der Klimakomponenten

Der Funktionsablauf Ansteuerung der Klimakomponenten umfasst folgende Unterfunktionen:

 Ansteuerung der Stellmotoren Gebläse

 Ansteuerung der Luftführungsklappen

 Ansteuerung des elektrischen Kältemittelverdichters

 Ansteuerung des Steuergeräts Hochvolt PTC-Heizer

 Ansteuerung der Umwälzpumpe

Ansteuerung der Stellmotoren Gebläse

Die Durchlüftung wird durch den Stellmotor Frischluft-/Umluftklappe und die Stellmotoren Mischluftklappe erreicht. Das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik gibt die Anforderung an den elektronischen Gebläseregler weiter.

 Der elektronische Gebläseregler schaltet die Stellmotoren bei einem Unfall (Crash-Signal gesendet) ab.

Ansteuerung der Luftführungsklappen

Durch die Einstellung der Luftführungsklappen im Klimatisierungskasten wird die Luftverteilung im Fahrzeuginnenraum gesteuert.

Ansteuerung des elektrischen Kältemittelverdichters

Der elektrische Kältemittelverdichter ist für das Ansaugen und Verdichten des Kältemittels zuständig.

Das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik steuert den elektrischen Kältemittelverdichter an.

 Der elektrische Kältemittelverdichter wird über den Interlock-Kreis bei einem Unfall abgeschaltet.

Ansteuerung des Steuergeräts Hochvolt PTC-Heizer

Das Steuergerät Hochvolt PTC-Heizer (N33/16) wird im Bedarfsfall vom Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik zugeschaltet.

 Das Steuergerät Hochvolt PTC-Heizer wird bei einem Unfall abgeschaltet.

Ansteuerung der Umwälzpumpe

Das aufgeheizte Kühlmittel wird durch den Heizungswärmetauscher geleitet, der die Wärme an die vorbeiströmende Luft abgibt.

Zusätzlich wird die Umwälzpumpe (M13/4) angesteuert, um sicherzustellen, dass der Volumenstrom ausreicht, der zur Erwärmung der vorbeiströmenden Luft benötigt wird. Die Umwälzpumpe wird vom Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik angesteuert.

Funktionsablauf Entfrostfunktion

Durch Betätigung der Taste Entfrosten (N22/2s7) werden sämtliche Luftklappen bis auf die Entfrosterklappen und die Frischluft-/Umluftklappe geschlossen. Diese werden voll geöffnet. Die Entfrosterklappen werden so eingestellt, dass der maximale Luftstrom auf die Frontscheibe und die vorderen Seitenfenster gelenkt wird. Die Mischluftklappen werden auf volle Warmluftzufuhr eingestellt.

Das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik steuert den Stellmotor Frischluft-/Umluftklappe und die Stellmotoren Mischluftklappe so an, dass ein optimaler Entfrostbetrieb abhängig von der Ausströmlufttemperatur gewährleistet ist.

Der elektrische Kältemittelverdichter wird zugeschaltet, um eine Trocknung der Ausströmluft zu gewährleisten. Die Luft wird getrocknet und anschließend auf das Maximum aufgeheizt.

Zusätzliche Funktionsvoraussetzung Verdampfertrocknung

 Klimaanlage war während des letzten Aktivierungszyklus mindestens einmalig aktiv.

 Außentemperatur > 20 °C

 Türen geschlossen

 Kilometerstand > 250 km

Funktionsablauf Verdampfertrocknung

Um Verdampfergerüchen im Fahrzeuginnenraum und einem Beschlagen der Scheiben beim Starten der Klimaanlage bzw. Klimatisierung entgegenzuwirken, wird eine Verdampfertrocknung durchgeführt.

Nach Abstellen des Elektrofahrzeugs wird im Kombiinstrument (A1) ein Zeitzähler aktiviert. Der Status "Elektroantrieb READY" wird vom Steuergerät Antriebsstrang an das Kombiinstrument  gesendet.

Nach einer Wartezeit von einer Stunde sendet das Kombiinstrument die Anforderung zur Verdampfertrocknung an das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik, welches die Verdampfertrocknung startet.

Das Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik sendet die Anforderung an den elektronischen Gebläseregler. Der elektronische Gebläseregler steuert für 30 Minuten den Stellmotor Frischluft-/Umluftklappe und die Stellmotoren Mischluftklappe auf kleinster Stufe an. Durch die Luftzufuhr wird die Restfeuchtigkeit am Verdampfer abgebaut.

Funktionsablauf Heizkreislauf

Von der Umwälzpumpe angetrieben zirkuliert das Kühlmittel im Heizkreislauf. Dabei nimmt es je nach Betriebsfall die Wärme des Steuergeräts Hochvolt­PTC Heizer oder der Hochvoltbatterien auf.

Das aufgeheizte Kühlmittel wird u. a. durch den Heizungswärmetauscher geleitet, der die Wärme an die vorbeiströmende Luft abgibt.

Das Umschaltventil Kondensatvermeidung (Y16/9) regelt, wenn es vom Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik angesteuert wird, den Kühlmittelfluss zum Heizungswärmetauscher oder zum Niedertemperaturkreislauf 2 (Kühlmittelkreislauf der Hochvoltbatterien) und dem Heizungswärmetauscher.