Hochvoltklimakompressor
Bei Hybrid-Fahrzeugen während des elektrischen Fahrbetriebs und bei batterieelektrischen Fahrzeugen muss die Kühlung oder das Heizen des Fahrzeuginnenraums gewährleistet sein. So war es erforderlich, auch die Nebenaggregate des Fahrzeugs, die herkömmlich über den Verbrennungsmotor angetrieben wurden, an diese Anforderungen anzupassen. Auch das Heizen der HV-Batterie bei sehr niedrigen Temperaturen oder deren Kühlung im rein elektrischen Fahrbetrieb machen es nötig, zusätzliche HV-Nebenaggregate einzusetzen.
Hochvoltklimakompressor
Klimaanlagen von Hybrid- oder Elektrofahrzeugen besitzen deshalb Hochvoltklimakompressoren. Sie sind als sogenannte Spiral-Kompressoren (Scroll-Kompressoren, engl. scroll = Spirale, Schnecke) ausgeführt und sind bis ca. 9000 1/min ausgelegt. Ein Klimabetrieb ist von ca. -5°C bis 70°C möglich.
Der Klimakompressor besteht aus einem E-Motor, der Verdichterschnecke und dem Verdichtergehäuse. Er besitzt keine Verdichtungskammer. Das über einen separaten Eingang eintretende Kältemittel wird in dem zwischen Kompressorgehäuse und Verdichterschnecke liegendem Raum komprimiert. Er besitzt zwei ineinander liegende Spiralen, ähnlich wie beim G-Lader. Die eine Spirale ist fest mit dem Kompressorgehäuse verbunden, die andere ist beweglich und wird über eine Welle des E-Motors in eine exzentrische Bewegung versetzt. Dadurch entsteht vor dem Eingang eine Öffnung, die durch das entstehende Vakuum das Kältemittel ansaugt. Das Kältemittel wird nun über den kleiner werdenden Raum verdichtet und über die Spirale in Richtung Ausgangsventil gefördert. Spiral-Kompressoren besitzen Temperatursensoren, um sie bei zu hohen Temperaturen vor Beschädigungen zu schützen. Wie bei allen HV-Komponenten hat auch der Kompressor eine Potentialausgleichsleitung.
Aufgrund der Tatsache, dass der Klimakompressor elektrisch betrieben wird und dass die Hochvolt-Batterieeinheit eine hohe Energie- und Leistungsdichte hat, wird dem Kunden einen Standklimatisierung angeboten. Wenn der Kunde eine Abfahrtszeit programmiert hat, entscheidet das Steuergerät je nach Umgebungsbedingungen (z. B. Außentemperatur), ob Standheizen, Standkühlen oder Standlüften erforderlich ist und welche Maßnahmen dazu notwendig sind (max. Laufzeit ca. 30 Minuten). Voraussetzung für das Aktivieren der Standklimatisierung ist ein ausreichender Ladezustand der HV-Batterie oder ein angeschlossenes Ladekabel.
Wartung und Funktion
Bei der Wartung der Klimaanlage ist darauf zu achten, dass nur vom Hersteller zugelassene Öle verwendet werden. Diese Öle haben eine stark isolierende Wirkung. Ohne diese Spezialöle könnte es bei einem Defekt im Kompressor zu einer Verbindung zwischen HV-System und Fahrzeugmasse (Gehäuse - Kompressor) kommen. Hochvoltkompressoren werden auch mit einem sogenannten Öl-Separator ausgestattet. Er besteht aus einem Doppelrohr. Das Außenrohr wird von der Wand des Kompressors gebildet und das innere Rohr hat eine zylindrische Form. Tritt das Kältemittel-Öl-Gemisch in den Separator ein, wird das Gemisch auf zentrifugaler Art an der Außenwand entlanggeführt. Hierbei sickert das schwerere Öl nach unten in die Saugkammer. Das leichtere Kältemittel wird über das zylindrische Rohr wieder dem Kältemittelkreislauf zugeführt. Der Öl-Separator sorgt nicht nur dafür, dass der Kompressor unter allen Umständen geschmiert wird, sondern auch für eine konstante Kälteleistung. Das Schmiermittel im Kältekreislauf würde sonst die Kälteleistung reduzieren.
Die Drehzahlregelung des HV-Klimakompressors erfolgt über das Kompressor-Steuergerät. Die Berechnung der Kompressor-Solldrehzahl erfolgt auf Grundlage von:
- der Verdampfer-Solltemperatur
- der Außentemperatur
- Luftfeuchtigkeitssensor
- dem automatischen Solarsensor (Sonneneinstrahlung)
- der ermittelten Verdampfer-Temperatur
- der Temperatursensor für den Fahrzeuginnenraum
Der Klimakompressor wird mit Gleichstrom versorgt, benötigt aber Wechselstrom. Deshalb besitzt der HV-Klimakompressor mit Motoreinheit einen AC-Wechselrichter.Das Kompressorsteuergerät regelt den AC-Wechselrichter (Inverter) ausgehend von den Solldrehzahldaten, um die Motor-Kompressor-Einheit auf eine Drehzahl einzuregeln, die der Betriebsbedingung des Klimaanlagensystems entspricht. Komfort und geringer Energieverbrauch werden gewährleistet. Tritt im Kompressor eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss auf wird der HV-Klimakompressor deaktiviert oder sogar das komplette HV-System abgeschaltet. Das Klimaanlagensteuergerät und der AC-Wechselrichter sind im Aluminiumgehäuse des Klimakompressors integriert. Hier werden beide Bauteile vom vorbeiströmenden Kältemittel gekühlt.
Manche Klimaanlagen müssen in regelmäßigen Abständen gewartet werden. Bei Wärmepumpen ist bei den Wartungsarbeiten eine Zusatzarbeit notwendig.
Die Zusatzarbeit beinhaltet:
- Vorhandenes Kältemittel aus dem System ablassen
- Die abgesaugte Kältemittel-Ölmenge ermitteln
- Kältemittelmenge R744 nach Soll-Vorgaben auffüllen und Ölmenge laut Reparaturleitfaden ergänzen.
Aufgrund von unterschiedlichen klimatischen Bedingungen sind die Wartungsintervalle im Wartungsplan länderspezifisch in Zeiträumen von 2 oder 4 Jahren abgestimmt.
Antrieb
Als Antriebsmotor dient meistens eine permanenterregte Synchronmaschine. Die elektrische Nennleistung beträgt ca. 4,5 KW bei ca. 9000 U/min und einer Spannung von ca. 400 V.
Elektr. Kuehlmittelheizung
Um auch bei niedrigen Außentemperaturen den Fahrzeuginnenraum heizen zu können, werden bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen in der Regel elektrische Kühlmittelheizungen verbaut. Sie sind entweder im Fahrzeug oder am Fahrzeugunterboden verbaut. Es handelt sich hierbei um PTC-Heiz-Elemente. Da auch die HV-Batterie bei tieferen Außentemperaturen auf Betriebstemperatur gehalten werden muss, erwärmt die elektrische Kühlmittelheizung nicht nur die Flüssigkeit im Heizkreis des Fahrgastinnenraums, sondern auch die Flüssigkeit des Heizkreises der HV-Batterie. Es können auch zwei separate Kreisläufe zum Einsatz kommen. Hier wird ein HV-Heizelement für das Kühlmittel der HV-Batterie verwendet und ein separates HV-Heizelement für den Fahrzeuginnenraum. Die elektrische Kühlmittelheizung wird von der HV-Batterie mit Spannung versorgt und verfügt je nach Bauart über mehrere Leistungsstufen. Bei Spannungen von 150 V - ca. 500 V liegt der Leistungsbereich zwischen 750-6000 W.