CN105766057A - 车辆加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆加热系统，所述车辆加热系统包括加热元件和用于向所述加热元件提供电力的电源。此外，所述车辆加热系统包括控制单元，所述控制单元可操作地耦合到所述电源和/或所述加热元件。所述控制单元适于随时间调节要被供应到所述加热元件的所述电力，并且所述控制单元被配置为通过随时间修改要被供应到所述加热元件的DC供应电压U供应来调节所述电力。由所述加热元件提供的热量优选与被供应到所述加热器的DC供应电压U供应成线性关系。

Description

车辆加热系统
技术领域
本发明总体上涉及车辆加热系统。更具体地，本发明涉及由控制单元提供的DC(直流)供应电压控制的车辆加热系统。
背景技术
具有脉冲宽度调制(PWM)电流的驱动加热元件(例如，座椅加热器元件)是在当今汽车工业的标准。加热元件，更为尤其是座椅加热器被控制单元接至“ON”或“OFF”与被供应到加热元件的脉冲电流相关。控制单元通常包括以预定切换频率在“开”状态与“关”的状态之间切换的半导体开关。提供的PWM电流的脉冲宽度越长或(在一设定的时间间隔内)幅度频率越高，则平均被输送到加热元件的电力越多，并且因此生成的热量越多。
脉冲宽度调制信号的一个缺点是由于在“开”状态与“关”状态之间的快速切换而生成高频波。DE专利申请DE102008022048A1披露了一种方法，该方法使加热电流较慢地上升以生成更少的高频波，其生成更少的交变电磁场。即使能够通过如专利申请DE102008022048A1中所述的方法使这样的交变电磁场的磁性保持低位，但由脉冲宽度调制电流驱动的加热器仍受其它问题的困扰。
尤其地，脉冲宽度调制电流的幅度，脉冲宽度调制信号的电压以及加热元件的电阻之间的关系对具有低电压电源的车辆系统是有问题的。最常见的汽车具有低电压电池(例如，12V电池)，其要求低欧姆加热器以提供所需能量。这意味着高电流脉冲以及因此厚的连接器、厚的布线以及在印刷加热器的情况下要大量的银油墨来维持高电流密度。此外，驱动加热器所要求的大电流可以阻止能量管理系统驱动与加热器以并行方式连接到能量管理系统的其它负载。例如在座椅环境中，能量管理系统通常没有能够同时驱动电动机以对座椅进行定位并且驱动座椅加热器的足够能量。因此，座椅加热器不得不在座椅定位期间被关闭。
尽管脉冲宽度调制是对车辆加热系统进行供电的方便的方式，但仍存在对提供优化的车辆加热系统的需要，其能够降低所要求的材料的数量和质量，并且其能够同时驱动连接到能量管理系统的其他的电气负载。
发明内容
本发明的目的在于提供一种优化的车辆加热系统，优选具有较低的成本。该目的是通过本发明要求保护的权利要求1来实现的。
本发明涉及一种车辆加热系统，所述车辆加热系统包括加热元件和用于向加热元件提供电力的电源，所述加热元件优选是箔基座椅加热器。此外，所述车辆加热系统包括控制单元，所述控制单元可操作地耦合到所述电源和/或所述加热元件。所述控制单元适于随时间调节要向所述加热元件供应的所述电力。根据本发明，所述控制单元被配置为通过随时间修改被供应到所述加热元件的DC(直流)供应电压U供应来调节所述电力。由所述加热元件提供的热量与被供应到所述加热器的DC供应电压U供应成预定义的关系。通过利用所述控制单元控制电压，总的加热功率可以被有效地调节，而不具有上述脉冲宽度调制的副作用。
电源优选是电池，例如，锂离子电池、锂聚合物电池、铅酸电池、交流发电机或驱动ECU(电控单元)的功率输出，具有大致12V的DC电压。在操作中，由电池提供的电流随时间基本恒定。
根据本发明的优选实施例，所述控制单元包括DC/DC转换器，所述DC/DC转换器用于接收来自所述电源的具有输入DC电压U输入的输入DC，并且用于向所述加热元件提供具有输出DC供应电压U供应的输出DC供应，以为所述加热元件供电。
有利地，对于高功率操作，即，如果要求高的加热功率，则DC/DC转换器将输入DC电压U输入转换成输出DC电压U供应，使得U供应＞U输入。由于较高的输出DC电压，因此要被提供到加热器元件以便获得预定义的加热功率的电流可以被有效地降低。这使得能够例如使用专用的加热器设计。优选地，使用大电阻的加热器和导体，例如使箔基印刷加热器上银油墨的量减少。备选地，能够使用具有碳油墨的箔基加热器。
此外，用于将加热元件连接到控制单元的加热元件的连接器能够具有更小的横截面。由此引起使用更少的铜，黄铜或其它导电材料。控制单元的壳体能够被设计地更小，并且要求更少的材料，这使得成本更低。此外，从控制单元到加热元件的线缆能够更薄，并且因此更廉价且更柔韧。最后，因为只有低的峰值电流被提供到加热器和汽车的能量系统，因此不同的部件，例如交流发电机和电汽配线能够被设计更具成本效益。此外，由于不同的电子部件的大小能够被降低，因此汽车的重量将减轻。
本领域技术人员应当理解，如果要求较低的加热功率，则优选控制DC/DC转换器，以便将输入的DC电压U输入转换成输出DC供应电压U供应，使得U供应＜U输入或U供应＝U输入。
控制单元优选地包括微控制器，所述微控制器可操作地耦合到DC/DC转换器，用于调节由DC/DC转换器供应的输出DC供应电压U供应。
根据本发明的优选实施例，所述控制单元包括至少一个接口，所述至少一个接口用于接收来自能量管理单元的能量管理信息。所述能量管理单元可以包括至少一个接口，例如，LIN(本地互连网络)接口。该至少一个LIN接口能够与另一LIN接口可操作地耦合，例如，ECU的LIN接口。在该优选实施例中，能量管理单元的LIN接口耦合到微控制器的一个LIN接口。
有利地，至少一个温度传感器可操作地连接到能量管理单元，以提供环境状况信息，例如，车辆内部的空气温度T空气。
优选地，所述能量管理单元接收来自输入信息的能量管理信息。项目输入信息涉及由用户提供的每一项输入。诸如旋转按钮或开关的温度调节器能够被可操作地耦合到能量管理单元。用户能够通过调整温度调节器来输入所期望的温度水平。因此，可以根据该水平或该温度设定的位置来调节输出供应电压U供应。
有利地，微控制器基于能量管理信息来调节输出DC供应电压U供应。
附图说明
现在将通过范例的方式，参考附图来描述本发明的优选实施例，其中：
图1是根据本发明的车辆加热系统的示意图。
附图标记列表
2车辆加热系统
4电源
6控制单元
8DC/DC转换器
9连接器
10加热元件
12微控制器
14能量管理单元
16、18LIN接口
20温度传感器
22温度调节器
24用户输入信息
26环境状况信息
具体实施方式
在图1中，根据本发明的车辆加热系统2具有电源4，所述电源4生成具有电力P输入的直流DC。在本发明的这个特定的优选实施例中，电源能够是12V的锂离子电池、锂聚合物电池、铅酸电池或交流发电机。具有12V的输入电压U输入和输入电流I输入的电力P输入被输入到控制单元6的DC/DC转换器8。该DC/DC转换器8输出3V至40V之间的输出供应电压U供应到箔基座椅加热器10。
例如，对于高功率操作，即，如果要求高的加热功率，则输出供应电压U供应比输入DCU输入的电压更大。另一方面，对于低功率操作，即，如果要求较低的加热功率，则输出供应电压U供应可以被调节到低于12V的输入电压U输入的值。
所述输出供应电压U供应的过程和供应电流I供应的过程不随时间而脉冲，而是优选在操作中是连续的。相比于DE102008022048A1中，不使用PWM(脉冲宽度调制)来为箔基座椅加热器供电。由箔基座椅加热器10生成的热量的量与输出供应电压U供应的幅值有关。箔基座椅加热器10优选是具有银油墨印刷导体和连接器9的高电阻箔基加热器。该箔基座椅加热器经由连接器9连接到控制单元6的PCB(印刷电路板)。由箔基座椅加热器10生成的温度T热量与由DC/DC转换器8提供的输出DC供应电压U供应有关。输出DC的输出供应电压U供应越高，由箔基座椅加热器10生成的热量越多，温度T热量升得越高。输入DC的电力P输入基本上等于输出DC供应的电力P供应。因此，电压的增加(U供应＞U输入)引起电流的降低(I供应＜I输入)。最高加热温度T热量能够通过使用由PTC(正温度系数)材料作为加热元件的箔加热器进行控制。对于PTC箔加热器，箔加热器的电阻随温度增加直到达到最大温度。如果恒定电压被施加到该PTC材料，则该加热元件的电阻增加，并且导致加热电流减小。最高温度能够因此被PTC箔加热器限制。
控制单元包括微控制器12，所述微控制器12可操作地耦合到DC/DC转换器，用于调节输出供应电压U供应。输出电压U供应的幅值基于能量管理信息，例如环境状况信息和用户输入信息。项目环境状况信息26涉及由自然或任何可测量的车内或车外的外部和/或内部的物理量所提供的每一项输入。在本发明的这个特定优选实施例中，这样的环境状况信息26是由通过由可操作地连接到能量管理控制单元的温度传感器测量的空气温度T空气来提供的。备选地或额外地，能量管理单元能够连接到车辆的驱动ECU以接收由可操作地耦合到驱动ECU的传感器所提供的额外的环境状况信息26。输入信息24涉及由用户提供的每一项输入，例如，所期望的温度水平T期望。温度调节器22能够被可操作地耦合到能量管理单元14，用于输入期望的温度水平。能量管理单元优选经由LIN连接(本地互连网络)连接到微控制器12的LIN接口16。
此外，根据由箔基座椅加热器10所生成的热量与输出供应电压U供应之间的线性关系，其他电气负载，例如用于座椅定位的电动机，能够与箔基座椅加热器10同时操作。

Claims (8)

1.一种车辆加热系统，包括：
-加热元件，
-电源，其向所述加热元件提供电力，以及
-控制单元，其可操作地耦合到所述电源和/或所述加热元件，其中，所述控制单元适于随时间调节要被供应到所述加热元件的所述电力，
所述车辆加热系统的特征在于，所述控制单元被配置为通过随时间修改被供应到所述加热元件的DC供应电压U供应来调节所述电力。
2.根据权利要求1所述的车辆加热系统，其中，所述控制单元包括DC/DC转换器，所述DC/DC转换器用于接收来自所述电源的具有输入DC电压U输入的输入DC，并且用于向所述加热元件提供具有输出DC供应电压U供应的输出DC供应以为所述加热元件供电。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆加热系统，其中，所述DC/DC转换器将所述输入DC电压U输入转换成所述输出DC供应电压U供应，使得U供应＞U输入。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆加热系统，其中，所述控制单元包括可操作地耦合到所述DC/DC转换器的微控制器，以通过所述微控制器来调节所述输出DC供应电压U供应。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆加热系统，其中，所述控制单元包括至少一个接口，所述至少一个接口用于接收来自能量管理单元的能量管理信息。
6.根据权利要求5所述的车辆加热系统，其中，所述能量管理单元接收包含环境状况信息和/或用户输入信息的能量管理信息。
7.根据权利要求5至6中的任一项所述的车辆加热系统，其中，所述微控制器基于所述能量管理信息来调节所述输出DC供应电压U供应。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆加热系统，其中，所述加热元件是箔基加热器和/或印刷加热器。
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