CN204956022U - 电的车辆加热装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电的车辆加热装置(1)，具有至少一个电加热元件(2)和用于操控该至少一个电加热元件(2)的控制单元(3)。控制单元(3)设置用于以中断时间段来中断该至少一个电加热元件(2)的加热运行，在这些中断时间段中中断电加热元件(2)的电功率供给，以便熄灭可能构造出的电弧。

Description

电的车辆加热装置
技术领域
本实用新型涉及一种电的车辆加热装置。
背景技术
已知各种不同的方法，用来加热车辆、尤其是加热马达驱动的道路车辆。在传统的具有内燃机的机动车中例如已知的是，将内燃机的废热用于加热乘客空间。通常，通过内燃机加热的冷却液体在此通过冷却液体-空气热交换器被传导，以便将输送给车辆内部空间的空气加热。
在具有内燃机的现代车辆中，在许多情况下，特别是在经能耗优化的柴油马达的情况下，内燃机的废热不再足够用于令人满意的加热，从而使得使用额外的加热装置。额外的加热装置可例如构造为辅助加热器(Zuheizer)，即可以在驱动马达的运行期间提供额外的加热功率，或者也可构造为停车采暖装置(Standheizung)，该停车采暖装置不仅在驱动马达运行期间，而且在驱动马达静止的情况下都可以提供加热功率。作为额外的加热装置，在此一方面已知经燃料运行的加热装置，它例如利用汽油、柴油、乙醇或燃气来运行，并且另一方面还已知电加热装置，其构造用于将电能转化为热能。
在道路车辆内，在许多情况下应用所谓的PTC加热元件作为电加热元件，这些PTC加热元件在预先给定的温度之上显示出电阻的跳跃式的增加并且由此具有防止过热的自调节的保护。在其中应用了另外的电加热元件的情况下，出于安全性角度常常需要采取其它的保护措施，以便避免电加热元件的过热并即使在事故情况下保护人员免受伤害。这些问题在只具有通常以12伏和42伏之间的电压来运行的低压车载电路的传统车辆中相对容易克服。
EP1459332B1描述了一种电加热装置和一种用来制造电加热装置的方法。
当前存在如下车辆的加强宣传的趋势，这些车辆代替内燃机地或者附加于内燃机在所谓的混合动力车辆中具有作为驱动装置的一个或多个电动马达。在这些车辆内通常具有高压车载电路，该高压车载电路具有高于100伏、尤其是高于150伏、例如在200伏和1000伏之间的电压。在这类车辆中由于多种原因还希望利用高压车载电路来运行电的车辆加热装置，尤其是以便能取消相对昂贵的电压转换器。
在伴随如在这类高压车载电路中存在的那样的高供给电压的电加热装置的运行中出现如下提高的危险，即：在电功率供给例如由于接触不良或缆线断裂而不希望地中断的情况下，会形成跨接中断部位的电弧。在这种情况下存在针对爆发火灾而言的提高的风险。
实用新型内容
本实用新型的目的是，提供一种电的车辆加热装置并提供一种用于操控电的车辆加热装置的方法，通过它们能以简单和成本低廉的方式也在伴随高压车载电路的运行的情况下减少由于电弧的不希望的形成而引起的火灾风险。
此目的通过按本实用新型的电的车辆加热装置来解决。
该电的车辆加热装置具有至少一个电加热元件和用于操控该至少一个电加热元件的控制单元。该控制单元构造用于以中断时间段来中断该至少一个电加热元件的加热运行，在这些中断时间段中中断电加热元件的电功率供给，以便熄灭可能的构造出的电弧。
因为控制单元以中断时间段来中断电加热元件的加热运行，所以以更简单且更成本低廉的方式降低由不期望的电弧引起的火灾风险，即使电加热元件以来自车辆高压车载电路的电压水平来运行。在此减少了由于电弧形成而产生的危险，而不需在此方面的复杂的操控或单独的调节或监控。在此，用于减少基于电弧的火灾的该措施可以简单地实现，而不会影响电的车辆加热装置与不同供应电压的容易的适配性。因为车辆制造商以在车辆各自的高压车载电路中的不同的电压水平工作，所以与不同供应电压的容易的适配性尤其是期望的。用于阻止火灾的该措施在此可独立地设计，而不明显地干涉到现有的电加热元件的其它操控中。
电加热元件可优选构造为电阻加热器(欧姆加热器)，它具有在施加电压的情况下升温的导体轨，用于提供作为加热功率的欧姆热。该电加热元件可以在此尤其优选由层式加热元件形成，其中导体轨作为一个层施加在基板上。
电加热元件的加热运行在此理解为如下的运行状态，在该运行状态中给加热元件供应电功率，以便该加热元件提供加热功率。在此，优选给该电加热元件供应直流电压，其中，起作用的有效电压可必要时通过应用脉冲宽度调制(PWM、pulsewidthmodulation)降至比施加的供给电压更低的值。
按照一种设计方案，中断时间段以低于2秒的时间间隔彼此相继跟随。在这种情况下，当在车辆的高压车载电路中运行时，能够有效且可靠地阻止会导致火灾的大热量电弧的稳定形成。这些中断时间段在此能以规律的间隔或以无规律的间隔彼此相继地跟随。
按照一种设计方案，这些中断时间段具有至少5ms的持续时间。这些中断时间段在此优选具有在5ms和200ms之间的持续时间。但是这些中断时间段也可以具有更长的持续时间。当这些中断时间段以规律的周期彼此相继地跟随时，使得操控的特别简单的实现成为可能。
按照一种设计方案，电加热元件是高压加热元件，该高压加热元件设计用于以大于100伏、优选大于150伏、尤其在200伏和1000伏之间范围中的供给电压运行。尤其在这类高压加热元件的情况下，会引起火灾的电弧形成风险特别突出。此外在这类高压加热元件的情况下，基于框架条件不可能的是，只将经脉冲宽度调制的电功率供给信号的在接通时间之间的断开时间用于可靠地阻止电弧且同时实现可达到的加热功率的期望的带宽(Bandbreite)。在同时可调节的加热功率的带宽大的情况下，通过具有中断时间段的中断的加热运行来实现可靠阻止由电弧引起的火灾危险。
按照一种设计方案，控制单元在加热运行中借助经脉冲宽度调制的信号来操控电加热元件。在这种情况下，通过改变经脉冲宽度调制的信号中的接通时间和断开时间之间的比例，可以使该电的车辆加热装置以简单的方式与不同的供给电压适配。此外在这种情况下，还可通过起作用的有效电压在大范围内的变化来改变提供的加热功率。
中断时间段优选叠加给经脉冲宽度调制的信号。在这种情况下给出特别简单的操控，在该操控中能与确定中断时间段的信号无关地预先给定经脉冲宽度调制的信号。
按照一种设计方案，经脉冲宽度调制的信号具有大于50Hz、优选大于100Hz、更优选至少200Hz的基本频率。经脉冲宽度调制的信号的基本频率在此理解为频率1/T，其中，T是周期持续时间，它由经脉冲宽度调制的信号的接通时间和断开时间组合成。中断时间段的频度(或者说在中断时间段规律地出现的情况下的频率)比经脉冲宽度调制的信号的基本频率1/T低得多。
优选地，电加热元件是欧姆加热元件，该欧姆加热元件把电功率直接转化成加热功率。它在此可尤其具有构造为层的、提供加热电阻的导体轨。
此目的还通过本实用新型的、用于操控电加热元件的方法来解决。该方法获得了已在电的车辆加热装置方面描述的优点。
附图说明
其它优点和改进方案从实施例的以下描述参照附图得出。
图1示出了按一实施方式的电的车辆加热装置的示意性的视图；
图2示出了用于阐释在按所述实施方式的电的车辆加热装置中的操控的仅示意性的视图。
具体实施方式
下面参照图1和图2描述了实施方式。
图1示出了按实施方式的电的车辆加热装置1的示意性的视图。该电的车辆加热装置1具有电加热元件2和用于操控该电加热元件2的控制单元3。尽管在图1中只示意性地示出一个电加热元件2，但该电的车辆加热装置1也可具有多个电加热元件2，这些电加热元件也可由同一控制单元3来操控。电加热元件2是欧姆加热元件，它将电功率直接转换成加热功率。在此实施方式中，电加热元件2构造为高压加热元件，它设计用于以大于100伏、优选大于150伏、尤其在200伏和1000伏之间范围内的供给电压运行。
电加热元件2在示意示出的实施方式中具有热交换器4，该热交换器构造用于到待加热的介质上的热量传递。该热交换器4具有一表面，该表面为了热传递而直接与待加热的介质连接。在此实施例中，热交换器4的该表面示例性地设有多个肋条或者说隆起4a，以便获得到待加热介质上的改善的热量传递。该热交换器4由具有高热传导能力的材料形成，并尤其可由金属形成，例如尤其铝、铜、铝合金或铜合金。该热交换器4构造用于把热量传递到作为待加热介质的流体上。待加热介质在此可尤其是空气，或是车辆的液体回路中的液体、尤其是冷却液体。
在此实施方式中，热交换器4同时形成基板，在其背侧上借助覆层技术施加有具有高热传导能力的电绝缘层5。该电绝缘层5可以尤其由Al2O3形成，并可借助喷射方法、尤其借助热喷射进行施加。
在电绝缘层5的背离热交换器4的侧面上，借助覆层技术施布导电的电阻层6，该导电的电阻层结构化为一个或多个导体轨。该导电的电阻层6以如下方式设计，即，电压可施加到它上面，以便将电能转换成热能。导电的电阻层6可例如通过喷射方法施加。导电的电阻层6的背离热交换器4的侧面又设有电绝缘层7，该电绝缘层同样借助覆层技术施加。该电绝缘层7可由与电绝缘层5相同的材料构造，尤其由Al2O3构造。电加热元件2总的来说设计用于利用直流电压来运行。
电加热元件2构造为层式电阻加热元件。该电加热元件2可例如借助如开头提到的EP1459332B1中所述的方法制成。
电加热元件2通过图1中示意示出的供给导线8与控制单元3连接。在所示的实施方式中，到控制单元3中地还整合有用于电加热元件2的电功率供给装置。但例如还可能的是，控制单元3和电功率供给装置构造为分开的结构单元。
下面参照图2详细地描述电加热元件2通过控制单元3的操控。图2中示意性地示出了施加到电加热元件2上的电压关于时间的变化。
在此实施例中，控制单元3构造用于，对电加热元件2在加热运行中、也就是说在应该用电加热元件2来加热时用经脉冲宽度调制的直流电压信号加载。也就是说，在加热运行中，通过控制单元3把经脉冲宽度调制的信号施加到电加热元件2上。该经脉冲宽度调制的信号(PWM信号；pulsewidthmodulation)以本身已知的方式具有周期性彼此相继跟随的、具有持续时间t_on的接通时间和具有持续时间t_off的断开时间，在接通时间中施加尤其可以相当于供给电压的电压U_V，在断开时间中施加尤其可以为0伏的较低的电压。该经脉冲宽度调制的信号具有周期持续时间T，该周期持续时间由持续时间t_on和t_off的总和确定(T＝t_on+t_off)。经脉冲宽度调制的信号的基本频率通过1/T限定。通过将施加到电加热元件2上的直流电压设计为经脉冲宽度调制的信号，得到了起作用的有效电压U_eff，它低于施加的供给电压U_V。有效电压U_eff在此通过U_eff＝U_V*√(t_on/T)来确定。
在该实施例中，经脉冲宽度调制的信号具有基本频率1/T，其大于50Hz、优选大于100Hz、优选至少200Hz。通过改变t_on相对t_off的比例，可以在不同的供给电压情况下提供相同的合成有效电压。此外可以在固定的供给电压U_V情况下通过改变t_on相对t_off的比例来调节各种不同的合成有效电压。因此，在预先给定的供给电压U_V情况下，通过在宽的范围上改变t_on相对t_off的比例来改变合成的加热功率。此外，使用经脉冲宽度调制的信号使得能够实现：电加热元件2在此能够以不同的供给电压运行。
如图2中示意示出的那样，控制单元3构造用于，将在加热运行期间施加的经脉冲宽度调制的电压信号通过具有持续时间t_u的中断时间段来中断。通过不施加电压差到电加热元件2上，即施加了0伏，在中断时间段中中断电加热元件2的电功率供给。该中断时间段的持续时间t_u在此为至少5ms(5毫秒)，但也可以明显地更长，并且是5ms的倍数。控制单元3在此以如下方式操控电加热元件2，使得加热运行一再通过中断时间段而中断。控制单元3优选能在此周期性地以规律的循环来中断在加热运行期间施加的经脉冲宽度调制的信号，因为这在控制技术方面特别容易实现。中断时间段在此以时间上的间隔A彼此相继地跟随，该时间上的间隔在本实施方式中低于2秒。但在中断时间段的持续时间t_u长的情况下，该时间上的间隔A也可以例如较长。
需注意，图2只是用来阐释的示意图并且没有正确再现比例。尤其在图2中两个中断时间段之间的时间上的间隔A缩短地示出，这应通过电压信号的虚线视图来表示。
因此，控制单元3在此实施方式中借助电压信号来操控电加热元件2，其中，中断时间段叠加给提供期望的起作用的有效电压U_eff的经脉冲宽度调制的信号。换言之，给为加热运行所施加的经脉冲宽度调制的电压信号叠加一产生中断时间段并因此中断加热运行的信号。
通过设置具有时间上的间隔A和持续时间t_u的、在其中无电压施加在电加热元件2上的中断时间段来实现：如果会出现电弧的话则该电弧直接在其出现之后被熄灭。因此可靠地最小化由于电弧的不期望的形成而引起的火灾危险。
原则上，可能出现的电弧的可靠熄灭还可通过经脉冲宽度调制的信号的断开时间的为此适配的持续时间t_off结合经脉冲宽度调制的信号的基本频率1/T的相应选择来实现。但在这种情况下会限制还可借助经脉冲宽度调制的信号实现的、用于适配不同的供给电压和/或用于调节合成加热功率的改变。此外，还可根据应用情况的不同，已预先给定经脉冲宽度调制的信号的基本频率1/T，这会导致附加限制变化可行性或者说带宽。在参考该实施方式描述的解决方案中，在其中优选施加经脉冲宽度调制的直流电压信号的加热运行通过中断时间段来中断，该解决方案的优点是，中断时间段、也就是说它的持续时间t_u以及它的时间上的间隔A能够基本上与为了加热运行在电加热元件2上施加的电压信号无关地预先给定或者调节。因此，例如在为加热运行选择经脉冲宽度调制的电压信号时，还使得在可调节的加热功率的大范围和大带宽上与不同的供给电压的适配成为可能。

Claims (11)

1.电的车辆加热装置(1)，具有至少一个电加热元件(2)和用于操控所述至少一个电加热元件(2)的控制单元(3)，其特征在于，所述电加热元件(2)是高压加热元件，所述控制单元(3)是在加热运行中借助经脉冲宽度调制的信号来操控所述电加热元件(2)并且通过以中断时间段中断所述电加热元件(2)的电功率供给来中断所述至少一个电加热元件(2)的加热运行的控制单元，其中，由所述中断时间段确定的信号叠加给所述经脉冲宽度调制的信号。
2.按权利要求1所述的电的车辆加热装置，其特征在于，中断时间段以低于2秒的时间上的间隔(A)彼此相继地跟随。
3.按权利要求1或2所述的电的车辆加热装置，其特征在于，所述中断时间段具有至少5ms的持续时间(t_u)。
4.按权利要求1或2所述的电的车辆加热装置，其特征在于，所述中断时间段以规律的周期彼此相继地跟随。
5.按权利要求1或2所述的电的车辆加热装置，其特征在于，所述电加热元件(2)是高压加热元件，所述高压加热元件设计用于以大于100伏的供给电压(U_V)运行。
6.按权利要求1所述的电的车辆加热装置，其特征在于，所述经脉冲宽度调制的信号具有大于50Hz的基本频率。
7.按权利要求1或2所述的电的车辆加热装置，其特征在于，所述电加热元件(2)是欧姆加热元件，所述欧姆加热元件把电功率直接转化成加热功率。
8.按权利要求1或2所述的电的车辆加热装置，其特征在于，所述电加热元件(2)是高压加热元件，所述高压加热元件设计用于以大于150伏的供给电压(U_V)运行。
9.按权利要求1或2所述的电的车辆加热装置，其特征在于，所述电加热元件(2)是高压加热元件，所述高压加热元件设计用于以在200伏和1000伏之间的范围中的供给电压(U_V)运行。
10.按权利要求1所述的电的车辆加热装置，其特征在于，所述经脉冲宽度调制的信号具有大于100Hz的基本频率。
11.按权利要求1所述的电的车辆加热装置，其特征在于，所述经脉冲宽度调制的信号具有至少200Hz的基本频率。
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