CN112849057A - 用于机动车辆的电加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于具有双电压车辆电气系统的机动车辆的电加热装置。该加热装置使用来自具有较高标称电压(例如48V)的子系统的电源进行操作，但由具有较低标称电压(例如12V)的子系统中的控制装置致动。为此，加热装置在具有较高标称电压的子系统中具有电源连接件，并且在具有较低标称电压的子系统中具有控制连接件。特别地，控制连接件设置在控制装置上，该控制装置集成在加热装置中，并且该控制装置经由电容分离元件连接到开关元件(功率半导体)的控制连接件以用于控制加热装置，从而确保两个子系统的电势隔离。

Description

用于机动车辆的电加热装置
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的电加热装置。本发明尤其涉及一种用于具有车辆电气系统的机动车辆的电加热装置，在该车辆电气系统中两个不同的电压源(电池)并排提供不同的直流电压，其中，利用该两个不同的电压源中的每一个电源，在机动车辆电气系统的对应子系统(“双电压车辆电气系统”)中操作相应数量的用电器。
背景技术
通常，机动车辆电气系统用于向机动车辆中的多个控制装置和信号部件供应电流。电流或者从作为能量存储器的电池中获取，或者在机动车辆的发动机运行时从发电机(交流发电机)中获取。可以通过继电器或带有半导体开关的电力分配器经由各个负载电路从车辆电气系统向多个单独的用电器(电动车辆部件)供电。
常规的车辆电气系统基于12V(伏特)的标称电池电压。
在具有电驱动器的车辆(电动和混合动力车辆)中出现一种特殊情况，在该电驱动器中电池(蓄电池)不仅用于向常规的电动车辆部件供应能量，而且还必须提供牵引能量。在这种车辆中，通常车辆电气系统的电压在车用高压范围(60V以上)中是常见的，特别是在200至500伏(例如300伏、380伏或500伏)的范围中是常见的。
较高电压的另一个优点是，高输出所需的电流显著低于常规的12伏电气系统。然而，要提供的安全措施非常复杂。
因此，近年来的发展也增加了常规车辆中的车辆电气系统中的电压。最初，重点是对通常增加车辆电气系统(例如从14V改变为42V系统)的电压的考虑。然而，这种解决方案具有这样的缺点：为例如12V或14V的系统电压而设计的常规部件不可以再被使用。
因此，最近的发展提供了未来的车辆电气系统将设置有具有不同电压(例如12V和48V或14V和42V)的两个子系统。具有较高电压(例如48V)的子系统适用于高功率用电器(“大电流用电器”，例如马达、加热器和发电机)。
例如，在机动车辆中额外使用48伏车辆电气系统(除先前的12伏车辆电气系统之外)的情况下，推荐VDA 320“机动车辆的48V车辆电气系统中的电气和电子部件(Elektrische und Elektronische Komponenten im Kraftfahrzeug 48V-Bordnetz)”(德国汽车工业协会，2014年8月)对安全性规定了较高要求。
这尤其是由于这样的事实：功率半导体用于控制具有较高电压(例如48V)的子系统中的用电器(具体地：加热装置)，并由具有较低电压(例如12V)的车辆电气系统控制。因此，这些功率半导体(例如MOSFET-金属氧化物半导体场效应晶体管或IGBT-绝缘栅双极晶体管)由12V电气系统控制，但切换48V电气系统的电流。
要注意的是，为简单起见，这里和下文使用12V车辆电气系统和48V车辆电气系统(尽管这些数字仅是示例性的，并且为简单起见)用于指定具有较低电压的子系统和具有较高电压的子系统。本发明不限于上述的示例性值，它们仅是具有较低电压的子系统和具有较高电压的子系统的示例。
功率半导体形式的两个电气系统的接触点都具有以下风险：在发生故障(“功率半导体发生故障”)时，功率半导体会失去其控制特性，其结果是，在功率半导体的控制连接处存在较高的电压(例如48伏)，因此，12V子系统的部件(尤其是用电器和控制电子装置的其他部件)可能被破坏。
因此，通常采用通过合适的变压器，特别是光耦合器，对两个子系统(12V和48V)进行电流去耦。尽管光耦合器能够实现电流隔离，并且在发生故障时可以非常迅速地做出反应，但它们确实会带来高昂的成本，并且需要相对较大的安装空间。或者，也可以使用电感耦合器实现电流隔离。然而，它们的缺点是它们反应速度慢得多。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于机动车辆的改进的加热装置，该加热装置用于双电压机动车辆电气系统的具有较高标称电压的子系统中，该加热装置可以由具有较低标称电压的子系统控制并且克服了具有电流隔离的常规变压器的缺点。
该目的通过权利要求1的特征实现。
根据本发明的一个方面，提供一种电加热装置，以用于具有双电压车辆电气系统的机动车辆。电加热装置包括可连接到双电压车辆电气系统的第一子系统的电源连接件。电加热装置还包括电加热元件和开关元件，开关元件用于控制从电源连接件到加热元件的电流供应。另外，加热装置包括控制装置和电容元件，控制装置可连接到双电压车辆电气系统的第二子系统，用于为开关元件提供控制信号，其中，第二子系统的标称电压低于第一子系统的标称电压，电容元件连接在控制装置的输出和开关元件的控制连接件之间，使得开关元件的控制连接件经由电容元件连接到控制装置。
本发明的特定方法是提供一种电加热装置，该电加热装置在机动车辆的双电压车辆电气系统中以较高的电压运行，并且该电加热装置可以由具有较低电压的子系统控制而无需使用用于对电压区域进行电流隔离的复杂技术(例如光耦合器)。为此，加热装置的控制连接件包括电容分离元件以及控制装置，控制装置集成在加热装置中，并且控制装置被配置为将具有较低电压的子系统的部分上的加热装置的控制规范转换为可以经由电容分离元件传输的信号。
优选地，开关元件包括功率晶体管。更优选地，功率晶体管可以是MOSFET。或者，可以将IGBT用作功率晶体管。然后，控制连接件是晶体管的栅极连接件。
优选地，电加热装置还包括整流器装置，整流器装置连接在电容元件和开关元件的控制连接件之间。
通常，通过将特定电平施加到控制电极(栅极)来控制功率半导体(晶体管)。然而，由于经由阻塞电容器通过电容耦合只能传输电场变化而不能传输直流电压，因此首先在控制连接件处接收到交流电流信号。其可以通过诸如二极管之类的整流器装置被转换为单极信号，利用该单极信号可以如常规方式那样直接控制开关装置。
优选地，电加热装置还包括缓冲电容(缓冲电容器)，该缓冲电容(缓冲电容器)连接在开关元件的控制连接件与地之间。这种缓冲电容器使信号(在该信号中，一个半波被整流器分别截止)平滑。
优选地，控制装置适合于输出具有对应于预定加热功率的特定频率的交流电流信号，特别是高频交流电流信号，该交流电流信号经由电容元件传输。
如上所述，电容分离元件(电容器)不能传输直流电平。如果从车辆电气系统的低压部分接收到控制命令(例如，以最大加热功率的一定百分比(如33％)进行加热的指令)，则可以通过例如控制装置从车辆总线(例如LINBUS)接收到对应的电平来实现。然而，必须将其转换为交流电压信号，因为阻塞电容器只能传输场变化。交流电压信号的频率可以用作编码最大功率(或绝对加热功率)的百分比的信号传输参数。
优选地，该信号可以在由整流器装置和阻塞电容器的晶体管侧上的缓冲电容器形成的平滑电路中得到进一步处理。如果连接在晶体管的控制连接件和地之间的缓冲电容器具有大电容(大容量)，则该缓冲电容器将存储随交流电流信号传输的能量。然后，平滑电路输出一定时间段的具有几乎恒定的电平的信号。该时间段由传输的能量的量确定，该量又取决于交流电流信号的频率。
可以以类似于脉冲宽度调制(PWM)的方式来模拟经由晶体管(开关元件)对加热元件的致动。例如，如果以50Hz(赫兹)的频率(即每秒50个控制脉冲)对高压侧进行致动，则一个控制脉冲的持续时间(时间单位)为20ms(毫秒)。如果例如要求50％的加热输出，则交流电流信号的频率必须设置为使得平滑电路(缓冲电容器)传送控制脉冲的常规持续时间的50％(即10毫秒)的电流。这对应于50％的PWM占空因数。当然，这里给出的数值仅是示例性的，本发明绝不限于此。一般规则是，一定量的能量必须与交流电流信号一起以一定频率传输，以使来自平滑电路的电流流动在给定的时间单位内发生一段时间，并与期望的脉冲因数相对应。
然而，如果使用仅具有小电容(小容量)的缓冲电容器，则这仅对应于平滑电路的较短积分时间，其结果是产生了脉冲直流电流信号，该脉冲直流电流信号大致由矩形脉冲组成。如果将交流电流信号的频率选择为足够高，则在施加交流电流信号的整个时间段内，由于其开关过程的惯性，晶体管将保持接通状态，从而晶体管可以像常规致动一样在没有PWM的情况下被致动。
优选地，加热元件是PTC(正温度系数)加热元件，更优选地，是被设计为用于48V标称电压的PTC加热元件。
根据优选的实施例，电加热装置包括几个分开致动的加热元件(加热台)，这些加热元件具有分别关联的几个开关元件。对应于分开的致动，然后将这些开关元件的控制连接件分别经由分开的阻塞电容器连接到控制装置的对应的输出连接件，由此相应的控制信息通过场变化来传输。
因此，加热装置经由几个开关元件致动，每个开关元件由第二子系统致动以切换第一子系统中的电流。开关元件之一分别用于切换加热装置的一个加热元件或一个加热台。相应的加热台可以由一个或多个要共同被致动的加热元件(尤其是PTC元件)组成。在这种情况下，根据本发明提供的电容器用于在每个开关元件的控制连接件与具有较低电压的子系统中的控制装置之间的相应连接中进行电势隔离。
如上所述，因此可以通过选择性地接通或关断各个加热台和/或通过用类似于PWM的信号致动来获得特定的加热功率。例如，如果不可能或不期望为类似于PWM的某个局部输出来致动各个加热台，则可以连续循环交替地暂时性地致动各个加热台，以便传递它们全部的加热输出以用于整体上获得局部加热输出。
如果各个加热台尤其提供不同的加热功率，则可以通过接通和关断某些加热台来设置所需的输出。此外，通过利用类似于PWM的信号来致动至少一些加热台，可以获得更精细的电平设置。
优选地，第一子系统和第二子系统中的电压明显相差至少2倍，也就是说，第一子系统中的电压比第二子系统中的电压高几倍。根据优选实施例，由第一子系统中的电压源提供的电压尤其是由第二子系统中的电压源提供的电压的四倍。此外，如果第二子系统中的电压源优选地提供12伏的电压，则来自第一子系统中的电压源的对应电压为48伏。这种配置的优点在于，为12伏电气系统设计的常规部件可以继续用于性能较低的部件，例如控制电子装置或注入泵。
优选地，电加热装置还包括压控振荡器，该压控振荡器可以连接到第一子系统，以将电平转换为频率信号，用于将信息经由电容元件从第一子系统传输到控制装置。
为了对加热装置进行最佳控制，优选地，控制装置需要在较高标称电压的区域中还接收来自加热元件的信息反馈，例如温度信息。另外，有关电流和/或电压信息的反馈可以是有益的。
为了也能够经由电容分离元件传输这种信息，常规上通常也存在为恒定(电压)电平的这种信号必须被转换成可以经由电容分离元件传输的信号。根据本发明，为此目的使用压控振荡器，利用该压控振荡器可以将电平转换为频率信号。特别地，待转换的电平可以由用于温度测量的装置或用于电流测量的装置来提供，或者该待转换的电平可以对应于在加热装置的特定点处检测到的电压电平。
优选地，压控振荡器的电压供应以类似于加热元件的电压供应的方式经由从控制装置传输的、经由电容元件控制的交流电流信号来控制。
根据本发明的又一特殊方面，根据本发明的第一方面或其实施例之一，提供一种具有双电压车辆电气系统和加热装置的机动车辆。电源连接件连接到第一子系统，并且控制装置连接到第二子系统。
优选地，控制装置连接到第二子系统中的车辆总线，并且从车辆总线接收关于预定加热输出的信息。
其他有利的实施例是从属权利要求的主题。
附图说明
下面结合附图参考优选实施例来解释本发明，其中：
图1示出了具有加热装置的常规12V机动车辆电气系统的总体图；
图2示出了具有加热装置的双电压机动车电气系统的总体图，该加热装置具有通过光耦合器对子系统进行的电流隔离；
图3示出了经由变压器致动双电压车辆电气系统中的具有几个加热元件的加热装置的示例；
图4示出了使用几个变压器致动双电压车辆电气系统中的具有几个加热元件的加热装置的不同示例；
图5示出了根据本发明的实施例的具有加热装置的双电压机动车辆电气系统的总体图；
图6示出了根据本发明的实施例的具有几个加热元件的加热装置的致动的示例；
图7是根据本发明的实施例的加热装置的详细视图；
图8是示出在根据本发明的加热装置的实施例中，温度信息从较高标称电压的区域传输到较低标称电压的区域中的控制装置的示意图；并且
图9示出了根据实施例的本发明的加热装置的详细视图，该加热装置具有总共三个功率半导体和三个用于电气隔离的电容器。
具体实施方式
以下详细描述用于通过所选择的实施例并参考附图来说明本发明。然而，如权利要求中所限定的本发明不限于以下描述的实施例，并且特别地，不限于在此以示例形式提及的参数值。
在下面的图示中，相同的附图标记表示相同或至少功能上等同的部件。
图1示出了具有12V(伏特)的电池电压的常规机动车辆电气系统的示意图。由电压源10，特别是车辆电池(蓄电池)，向电气系统供应电压。通常，车辆电气系统还包括发电机(图中未示出)，该发电机既用于给电池再充电，又用于在发动机运行期间将电能直接供给到机动车辆电气系统中。车辆电气系统包括许多用电器(电气车辆部件，诸如照明、注入泵、娱乐和信息电子设备、雨刷、电动车窗升降器等)。在图1的示意图的方框12中概括示出了用电器。
特别地，在用电器中包括机动车辆加热装置或空调系统，其在附图中的方框16中分别示出。用电器通常由控制元件14，特别是功率半导体，来致动。由控制电子装置18的合适部件(例如，微控制器μC)生成的控制信号被施加到开关元件(功率半导体)14的控制连接件St。这使得能够控制具有加热装置的子系统中的功率。尽管在图1中仅示意性地示出了表示与单个开关元件14组合的加热装置的单个用电器16，但是加热装置通常由多个可分开致动的部件(加热台)组成，其然后可以由多个开关元件来分开地致动。
随着运行机动车辆中的各个用电器(例如，用于各种类型的辅助设备的电动马达、发电机和加热器，所谓的大电流用电器)所需的电力的进一步增加，存在朝着以下方式设计车辆电气系统的转变：使用具有不同电压的两个子系统。首先，这可以利用这样的事实：大电流用电器可以利用比常规的12伏电气系统中的电流更低的电流进行运行，从而大型用电器(例如PTC加热元件)所需的电缆可以被配置得更细。其次，为12伏特设计的常规部件可以继续为不需要大功率的用电器供电。
两个子系统的接触点源于这样的事实：用于大电流用电器(特别是加热/空调装置)的控制电子装置继续设置在具有较低电压的子系统的区域中。在这种情况下，来自具有较低电压的子系统的控制电子装置18通过将对应的电压信号施加到功率半导体14的控制连接件St来进行控制，从而用于大电流用电器的具有较高电压的子系统中的电流经由功率半导体进行切换。
然而，在发生故障的情况下(功率半导体发生故障时)，这种解决方案会带来这样的风险：较高电压存在于具有较低电压的整个子系统中，并且会破坏该子系统中的电子部件，特别是会破坏用于具有较低电压的子系统中的用电器的控制电子装置，例如信息电子装置或注入泵，以及这些用电器本身。
为了防止这种情况，使用光耦合器(其反应迅速)或者可替代地，使用电感耦合器(其反应慢得多)，在常规的双电压车辆电气系统的子系统中采用电流隔离。
图2是具有用于对两个子系统进行电流隔离的光耦合器24的常规双电压车辆电气系统的示意图。
在图的左手侧是具有较低电压(再次以12伏作为示例)的子系统的示意图。除了电压源(电池)10之外，该部分具体地还包括多个低功率用电器12和控制电子装置18的部件，该控制电子装置18的部件特别地还为大电流/高功率区域中的用电器提供控制信号。特别地，控制电子装置18优选地包括微控制器(μC)。具有较高电池电压(例如48伏)的子系统被示为在右手侧。除了电压源20之外，还在其中设置有其他用电器(16和22)。这些用电器具体地包括加热装置16，加热装置16在图中分开示出。方框22高略示出了另外的用电器。
用电器，特别是加热装置16，经由开关元件14，特别是功率半导体(控制连接件St)，致动。为了简单起见，在图中仅示出了与用电器16连接的一个功率半导体14。然而，可以以类似的方式存在多个开关元件(功率半导体)，以用于切换多个用电器，例如几个加热台。
具有较高电压的区域(右手侧)和具有较低电压的区域(左手侧)之间的边界在图2中由虚线T表示。光耦合器24防止48V的电压到达12V子系统，从而防止破坏该子系统的部件。
使用光耦合器对12V和48V子系统进行电流隔离的缺点是：光耦合器是昂贵的部件，而且还占用了机动车辆中稀缺的太多空间。
当存在几个可分开致动的加热元件(加热台)时尤其如此，这将在下面参考图3和图4进行说明。
在图3的示例中，借助于三个开关元件(晶体管14a、14b、14c)来致动三个加热台(图中未示出)。对应的控制信号由控制装置18(在示例中为微控制器μC1)输出到数据总线。提供了变压器24，例如光耦合器，以用于电流隔离。更准确地说，变压器24是由用于信号传输的数据总线1和2组成的数据总线系统的一部分。如在此示例中所提供的，如果仅提供具有单个变压器的单个总线系统以用于数据从具有较低电压(在示例中为12V)的子系统中的控制装置到用于切换具有较高电压(在示例中为48V)的子系统中的电流的晶体管的传输，则在变压器的晶体管侧上需要另外的控制元件(在示例中为另一个微控制器μC2)，以便能够分开致动各个晶体管。
尽管被示为带有数据总线系统的结构能够实现不同电势之间的广泛信息交换，但是除了使用昂贵的变压器/光耦合器之外，它还导致第二个微控制器的大量额外成本以及各个软件的开发成本。
或者，已经可以由设置在具有较低电压的区域中的控制装置18来提供对加热电路(加热台)的单独致动。这种示例如图4所示。
在此设置了控制装置18(同样是微控制器，在示例中为μC)以用于加热电路的单独致动，从而它已经为各个加热台输出了单独的控制信号，然后控制信号被分别传输到对应的晶体管(14a、14b、14c)。这的确意味着不需要第二个微控制器。然而，与数据总线系统相比，除了信息传输的可能性非常有限之外，这种实施方式还具有这样的缺点：对于每个传输通道，需要单独的变压器/光耦合器(24a、24b、24c)，这又导致了额外费用。
为此，开发了根据本发明的解决方案，其中，使用电容元件(电容器)进行电势隔离，而不是使用光耦合器进行电流隔离。
在图5中示意性地示出了本发明的对应实施例。省去了具有相同附图标记的对应元件的更新的详细描述。
代替光耦合器24，电容分离元件(电容器)32连接在功率半导体14的控制连接件St和12V子系统(具体地，控制电子装置18)之间。优选在电容器32和晶体管14的控制连接件St(在该图中未示出)之间进一步设置平滑电路，该平滑电路具有作为整流器装置的二极管以及接地的缓冲电容器。
这种布置使得能够利用廉价、坚固的硬件在不同电势之间进行通信，同时确保电势不会彼此电接触。
因此，在根据本发明的布置中，这两个电势仅通过经由阻塞电容器32的电容耦合来连接。它只能用于传输电场变化。阻隔任何直流电压。
以这种方式，即使没有完全的电流隔离，也能以简单、廉价和节省空间的方式实现对12V车辆电气系统中的部件的可靠保护。特别要指出的是，电容器的故障率远低于光耦合器。
下面参考图6和图7中的附图解释对应布置的示例。
图6示出了通过控制元件(微控制器μC)18经由三个晶体管(14a、14b、14c)分别致动三个加热元件(加热台或加热电路，图中未示出)的示意图，类似于如图4所示。然而，根据本发明，在从微控制器18到晶体管的各个控制路径中设置了三个阻塞电容器(32a、32b、32c)，而不是三个变压器(光耦合器24a、24b、24c)。
这在图7中使用对单个PTC加热元件16进行致动的示例更详细地示出。当然，该详细表示可以转移到几个可分开致动的加热回路的情况，这里为了简单和更好的理解起见未示出。
如图7所示，控制装置18(微控制器μC)经由阻塞电容器32和平滑电路(二极管34和缓冲电容器36)将交变场形式的控制信号传输到晶体管14的控制连接件。晶体管可以由此控制第一子系统中的电流从具有较高标称电压的电池20向PTC加热元件16流动。控制装置18本身位于第二子电路中，并由电池10提供较低的标称电压。
因此，通过在微控制器处切换输出信号来产生场变化，并经由缓冲电容器32在另一电势侧上对该场变化进行平滑处理。以这种方式供电的晶体管14的控制连接件(分别为基极或栅极)将前者接通。一旦控制装置18不再产生切换变化，则晶体管截止。
图另外示出了可选地提供的第二阻塞电容器32′。如果两个子系统没有公共接地，则其用于电势隔离。即使接地不同，这也可以防止两个子系统的电势彼此接触。在公共接地的情况下，不需要第二个阻塞电容器32′。
根据本发明的配置使得仅具有几个坚固的部件，并且也只需要很小的安装空间。因此，根据本发明的加热装置1可以被实现，其中可以将电势隔离所需的附加部件与控制装置一起容纳在加热装置1内，例如，容纳在附接到具有PTC加热元件的加热记录器的控制壳体中。在图7中通过点划线概括了布置在根据本发明的加热装置1内的部件。这使得能够提供特别紧凑的机动车辆加热器，该机动车辆加热器在具有较高系统电压的子系统中具有电源连接件，并且例如可通过车辆总线由具有较低系统电压的子系统控制。
如果附加地将来自加热记录器(来自加热元件的区域)的信息传送回控制装置(这在实践中是需要的)，那么在根据本发明的解决方案中还必须考虑到：直流电压信号不可以经由电容分离元件传输。使用对来自温度测量的测量结果的传输的示例，在图8中示出了如何在本发明的框架内实现这一点的示例。
根据本发明，为此在第一子系统中设置了压控振荡器38(VCO)。
为了进行温度测量，还设置了分压器，该分压器包括热变电阻器22(具有负温度系数的电阻器NTC)和常规电阻器24(R)。压控振荡器38将经由NTC电阻器22的电压降转换为频率信号，因为在两个子系统的电容耦合中，仅电场变化可以再次经由电容器32传输。场变化是由压控振荡器38中的切换产生的，并经由阻塞电容器32传递到另一电势侧。换句话说，压控振荡器38根据来自分压器(UNTC)的直流电平产生频率图。
用于将信息从第一子系统传输到第二子系统的对应程序可以相应地转移到例如电压或电流测量。
在测量电池20的电压时，电池的正极端子直接连接到压控振荡器。以与接通晶体管以致动加热元件所采用的方式完全相同的方式接通振荡器的电压供应。
例如，对于电流测量，电压降经由智能MOSFET的分流器或I-Sense引脚转换为频率。
在图9中示出了在双电压车辆电气系统中的根据本发明的加热装置的另一示例性图示。
由12V子系统控制但位于48V子系统中的三个不同的用电器，例如三个不同的加热台16a、16b和16c在此被示例性地示出。每个加热台都被分配有其自己的开关元件(功率半导体)14a、14b、14c，其电极S(源极)和电极D(漏极)(大电流用电器的连接件)连接到相应的用电器(加热元件或加热台)。控制电极G(栅极；对应于图3中的控制连接件St)经由对应的电容32a、32b、32c连接到12V子系统，尤其是连接到控制装置(微控制器)18的输出。如图7所示，优选再次在电容器(32a、32b、32c)的晶体管侧连接件与相应的晶体管(14a、14b、14c)(图9中未示出)之间设置平滑电路。
仅在方框40和48中示意性地示出12V和48V子系统的其余部件。12V子系统区域和48V子系统区域之间的边界再次由点划分隔线T表示。
在出现故障的情况下，即使只有一个功率半导体发生故障，根据本发明的电路也因此可以保护12V子系统不会达到48V范围内的电压。
总之，本发明涉及一种用于具有双电压车辆电气系统的机动车辆的加热装置。加热装置使用来自具有较高标称电压(例如48V)的子系统的电源进行操作，但由具有较低标称电压(例如12V)的子系统中的控制装置来致动。为此，加热装置在具有较高标称电压的子系统中具有电源连接件，并且在具有较低标称电压的子系统中具有控制连接件。特别地，该控制连接件设置在控制装置上，该控制装置集成在加热装置中，并且该控制装置经由电容分离元件连接到开关元件(功率半导体)的控制连接件以用于控制加热装置，从而确保两个子系统的电势隔离。

Claims (14)

1.一种电加热装置，所述电加热装置用于具有双电压车辆电气系统的机动车辆，所述电加热装置包括：
电源连接件，所述电源连接件能够连接到所述双电压车辆电气系统的第一子系统，
电加热元件(16)，
开关元件(14)，所述开关元件(14)用于控制从所述电源连接件到所述加热元件(16)的电流供应，
控制装置(18)，所述控制装置(18)能够连接到所述双电压车辆电气系统的第二子系统，所述控制装置(18)用于为所述开关元件提供控制信号，其中，所述第二子系统的标称电压低于所述第一子系统的标称电压，以及
电容元件(32)，所述电容元件(32)连接在所述控制装置(18)的输出和所述开关元件(14)的控制连接件(St)之间，使得所述开关元件(14)的所述控制连接件(St)经由所述电容元件(32)连接到所述控制装置(18)。
2.根据权利要求1所述的电加热装置，其中，所述开关元件(14)是功率晶体管，并且所述控制连接件(St)是栅极连接件(G)。
3.根据权利要求1或2所述的电加热装置，还包括整流器装置(34)，所述整流器装置(34)连接在所述电容元件(32)和所述开关元件(14)的所述控制连接件(St)之间。
4.根据权利要求3所述的电加热装置，还包括缓冲电容(36)，所述缓冲电容(36)连接在所述开关元件(14)的所述控制连接件(St)与地(GND2)之间。
5.根据权利要求4所述的电加热装置，其中，
所述控制装置(18)适合于输出具有对应于预定加热功率的特定频率的交流电流信号，所述交流电流信号经由所述电容元件(32)传输，并且
其中，所述缓冲电容(36)的大小被确定为使得所述交流电流信号被转换为脉冲直流电流信号以用于致动控制电极。
6.根据权利要求4所述的电加热装置，其中，
所述控制装置(18)适合于输出具有对应于预定加热功率的特定频率的交流电流信号，所述交流电流信号经由所述电容元件(32)传输，并且
其中，所述缓冲电容(36)的大小被确定为使得所述交流电流信号被转换为具有近似恒定电平的直流电流信号，其中，根据所述交流电流信号的频率输出一定时间段的所述直流电流信号。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电加热装置，包括多个加热元件(16a、16b、16c)和对应的多个开关元件(14a、14b、14c)，所述多个开关元件(14a、14b、14c)的控制连接件(St)经由对应的多个电容元件(32a、32b、32c)连接到所述控制装置(18)的对应的多个输出，从而各个加热元件(16a、16b、16c)能够由所述控制装置(18)单独地控制。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电加热装置，还包括压控振荡器(38)，所述压控振荡器(38)能够连接到所述第一子系统，以将电平转换为用于将信息经由所述电容元件(32)从所述第一子系统传输到所述控制装置(18)的频率信号。
9.根据权利要求8所述的电加热装置，
还包括用于在所述第一子系统的区域中进行温度测量的装置(22、24)，
其中，所述压控振荡器(38)被配置为将电平转换为与所述温度测量装置(32、34)的测量结果相对应的频率信号。
10.根据权利要求8或9所述的电加热装置，
还包括用于在所述第一子系统的区域中进行电流测量的装置，
其中，所述压控振荡器(38)被配置为将电平转换为与所述电流测量装置的测量结果相对应的频率信号。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的电加热装置，其中，所述控制装置(18)还被配置为通过交流电流信号来控制用于所述压控振荡器的电压供应，所述交流电流信号经由所述电容元件(32)传输到所述压控振荡器(38)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置，其中，所述加热元件(16)是PTC加热元件。
13.一种机动车辆，具有：
双电压车辆电气系统；以及
根据权利要求1至12中任一项所述的电加热装置(1)，其中所述电源连接件连接到所述第一子系统，并且所述控制装置(18)连接到所述第二子系统。
14.根据权利要求13所述的机动车辆，其中，所述控制装置(18)连接到所述第二子系统中的车辆总线，并从所述车辆总线接收关于预定加热功率的信息。
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