DE10104056A1 - Anordnung und Verfahren zum Betreiben einer Zusatzheizvorrichtung - Google Patents

Anordnung und Verfahren zum Betreiben einer Zusatzheizvorrichtung

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoff-Zusatzheizung 2 in Fahrzeugen. Der Einschaltzeitpunkt der Brennstoff-Zusatzheizung 2 wird festgelegt. Als Energiequelle zum Betreiben der Brennstoff-Zusatzheizung 2 wird die Starterbatterie 3 eingesetzt. Die Starterbatterie 3 weist eine Batterieheizung 6 auf. Die Batterieheizung 6 wird zu einem ermittelten Zeitpunkt eingeschaltet und erwärmt die Starterbatterie 3. Damit verbessert sich das Energieabgabevermögen der Starterbatterie 3, so daß sowohl für die Brennstoff-Zusatzheizung 2 als auch für den Start der Brennkraftmaschine 4 genügend Energie zur Verfügung steht. Falls das ermittelte Energieabgabevermögen nicht für einen sicheren Start der Brennkraftmaschine 4 ausreicht, wird die Zusatzheizung 2 nicht eingeschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Zusatzheizvorrichtung in Fahrzeugen.
Aus dem Stand der Technik, wie z. B. aus der US 5994669, ist bekannt, in Fahrzeugen, wie z. B. Personenkraftwagen, Zusatzheizvorrichtungen zum Vorwärmen der Fahrgastzelle einzusetzen. Derartige Heizvorrichtungen wer­ den mit flüssigem Brennstoff betrieben und benötigen Elektroenergie. Diese Elektroenergie wird aus der Starterbatterie des Fahrzeugs entnommen.
Damit der Fahrzeugführer in ein vorgewärmtes Fahrzeug einsteigen kann, muß die Zusatzheizvorrichtung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt und für eine vorbestimmte Dauer, z. B. eine Stunde vor Fahrtantritt, eingeschaltet werden. Dazu sind zeitprogrammierbare Steuervorrichtungen vorzusehen, welche die Zusatzheizvorrichtung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ein­ schalten. Eine andere Möglichkeit ist eine funkferngesteuerte Einschaltung der Zusatzheizvorrichtung.
Die Zusatzheizvorrichtung wird naturgemäß bei niedrigen Außentemperaturen eingeschaltet und entzieht beim Heizvorgang einer Blei-Säure-Batterie, die in Personenkraftwagen als Starterbatterie Anwendung findet, Energie, die für das Anlassen der Brennkraftmaschine benötigt wird. Es ist eine allgemein be­ kannte Tatsache, daß insbesondere Blei-Säure-Batterien bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt von Wasser eine wesentlich geringere Kapazität auf­ weisen als in einem Temperaturbereich von 15 bis 25 Grad Celsius.
Bei einer einstündigen Vorwärmung des Fahrzeugs mittels Zusatzheizvorrich­ tung kann u. U. die Blei-Säure-Batterie so weit entladen werden, daß ein an­ schließender Start der Brennkraftmaschine nicht mehr möglich ist. Ferner kommt hinzu, daß durch die sogenannten Tiefentladungen, die bei längeren Startversuchen auftreten können, die Batterielebensdauer erheblich verkürzt wird.
Um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, kann eine weitere Stromquelle Anwendung finden, die ausschließlich für den Betrieb der Zu­ satzheizvorrichtung vorgesehen ist. Falls die Stromquelle eine Akkumulator­ batterie ist, kann diese durch die Lichtmaschine des Kraftfahrzeugs während der Fahrt aufgeladen werden. Der Nachteil dieser Lösung ist der Umstand, daß eine zweite Batterie benötigt wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, die Versorgung der Zusatz­ heizvorrichtung mit Elektroenergie auf einem ausreichenden Niveau zu halten und gleichzeitig den Ladezustand der Starterbatterie auf einem für ein siche­ res Starten des Kraftfahrzeugs erforderlichen Niveau zu halten.
Die Aufgabe wird mit einer Anordnung nach Anspruch 1 und mit einem Ver­ fahren nach Anspruch 4 und 5 gelöst.
Nach Anspruch 1 geht die Anordnung zum Betreiben einer Zusatzheizvorrich­ tung davon aus, daß ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine eine Starter­ batterie aufweist, die für den Betrieb der mit flüssigem Brennstoff betriebe­ nen Zusatzheizvorrichtung die elektrische Energie liefert. Weiterhin ist eine Schaltvorrichtung vorgesehen, welche die Zusatzheizvorrichtung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt einschaltet, d. h., der Fahrer kann in Abhängigkeit von der zu erwartenden Außentemperatur festlegen, daß das Fahrzeug eine Stunde vor einer geplanten Abfahrt beheizt werden soll. Diese Einstellung wird in der Regel am Abend des vorhergehenden Tages vorgenommen. Erfin­ dungsgemäß ist eine Vorrichtung vorgesehen, welche die Zusatzheizvorrich­ tung erst dann einschaltet, wenn die Starterbatterie eine vorbestimmte Temperatur aufweist. Dazu sind eine Temperaturbestimmungs- und Regelvorrich­ tung und eine Heizvorrichtung für die Starterbatterie vorgesehen, wobei die Heizvorrichtung als Widerstandsheizvorrichtung ausgebildet ist und durch die Starterbatterie gespeist sein kann. Die Temperaturbestimmungs- und Regel­ vorrichtung weist eine Schaltung auf, in der die Vorlaufzeiten, d. h. die Zeit zwischen dem Einschalten der Batterieheizvorrichtung für die Starterbatterie und dem Einschalten der Zusatzheizvorrichtung, gespeichert sind.
Der Grundgedanke der Erfindung nach Anspruch 1 besteht demnach darin, die Temperatur der Starterbatterie laufend oder ab einem vorbestimmten Zeitpunkt zu messen und dann in Abhängigkeit von der gemessenen Tempe­ ratur die Batterieheizvorrichtung für die Starterbatterie zu einem vorbestimm­ ten Zeitpunkt einzuschalten. Dieser Zeitpunkt ist so bestimmt, daß die Batte­ rie zum vorbestimmten Beginn der Beheizung der Fahrgastzelle über ein aus­ reichendes Energieabgabevermögen verfügt, so daß sowohl der sichere Be­ trieb der Zusatzheizvorrichtung, als auch ein sicherer Start der Brennkraftma­ schine möglich ist und eine schädigende Überbelastung der Starterbatterie durch Tiefentladung vermieden wird.
Der Gegenstand nach Anspruch 2 unterscheidet sich vom Gegenstand der Erfindung nach Anspruch 1 darin, daß die Zusatzheizvorrichtung mittels einer Fernsteuerung, insbesondere einer Funkfernsteuerung, eingeschaltet wird. Wenn der Fahrer z. B. festlegt, daß er zu einem bestimmten Zeitpunkt in ein vorgewärmtes Fahrzeug einsteigen möchte, dann wird dieser Zeitpunkt mit­ tels der Fernsteuerung zum Fahrzeug übertragen, in welchem dem Fachmann bekannte Vorrichtungen und Schaltungen vorgesehen sind, welche die Batte­ rieheizvorrichtung und die Zusatzheizvorrichtung einschalten. Die weiteren Funktionen sind analog zum Gegenstand nach Anspruch 1.
Nach Anspruch 3 bildet die Batterieheizvorrichtung mit der Starterbatterie eine integrale Einheit, wodurch der Wirkungsgrad der Batterieheizvorrichtung verbessert wird.
Bei dem Verfahren zum Betreiben einer Zusatzheizvorrichtung nach Anspruch 4 besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, daß zuerst die Starterbatte­ rie erwärmt wird, um das Energieabgabevermögen der Starterbatterie auf ein vorbestimmtes Niveau zu erhöhen, um den sicheren Betrieb der Zusatzheiz­ vorrichtung und insbesondere einen zuverlässigen Start der Brennkraftma­ schine zu ermöglichen.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es dabei unerheblich, wie die Star­ terbatterie erwärmt wird. So ist es z. B. möglich, die Widerstandsheizvorrich­ tung der Starterbatterie mittels einer zusätzlichen Batterie zu betreiben. Da­ durch wird erreicht, daß die Ladung der Starterbatterie vollständig für den Betrieb der Zusatzheizvorrichtung und für den Anlaßvorgang zum Start der Brennkraftmaschine erhalten bleibt. Es ist ebenso möglich, die Batterieheiz­ vorrichtung aus der Starterbatterie selbst zu speisen.
Das Verfahren nach Anspruch 5 betrifft ein weiteres eigenständiges Verfah­ ren zum Betreiben einer Zusatzheizvorrichtung. Im Unterschied zum Verfah­ ren nach Anspruch 4 ist zusätzlich eine Vorrichtung zur Ermittlung des Lade- und Betriebszustands der Batterie vorgesehen, wobei dem Fachmann bekannt ist, wie der Lade- und der Betriebszustand ermittelt werden, die beide ein Kriterium für das Energieabgabevermögen der Batterie darstellen. Die Verfah­ rensschritte laufen wie folgt ab:
Zuerst erfolgt die manuelle Eingabe eines Zeitpunktes, zu dem die Zusatz­ heizvorrichtung sich automatisch einschalten soll. Danach wird durch die Vorrichtung zur Ermittlung des Lade- und Betriebszustands der Batterie ermit­ telt, wann die Batterieheizvorrichtung zum Erwärmen der Batterie automa­ tisch eingeschaltet werden muß. Das hängt von verschiedenen Parametern ab, insbesondere von der Batterietemperatur. Wenn der Einschaltzeitpunkt erreicht ist, wird die Batterieheizvorrichtung automatisch eingeschaltet und die Batterie erwärmt.
Wenn der Zeitpunkt zum Einschalten der Zusatzheizvorrichtung erreicht ist, wird durch die Vorrichtung zur Ermittlung des Lade- und Betriebszustands der Batterie ermittelt, ob sich die Batterie in einem ausreichenden Lade- und Be­ triebszustand befindet. Der Lade- und Betriebszustand wird dann als ausrei­ chend angesehen, wenn durch Approximation ermittelt worden ist, daß nach Ablauf der programmierten Heizzeit der Zusatzheizvorrichtung das Energieab­ gabevermögen der Batterie für einen Startvorgang noch ausreicht. Wenn festgestellt ist, daß das Energieabgabevermögen der Batterie nach der vorbe­ stimmten Einschaltdauer der Zusatzheizvorrichtung nicht mehr ausreichen würde, wird die Zusatzheizvorrichtung nicht eingeschaltet, da für den Fahr­ zeugführer eine gesicherter Start der Brennkraftmaschine wichtiger ist als eine beheizte Fahrgastzelle.
Wenn festgestellt wird, daß das Energieabgabevermögen der Batterie nach der vorbestimmten Einschaltdauer der Zusatzheizvorrichtung noch für den sicheren Start der Brennkraftmaschine ausreicht, wird die Zusatzheizvorrich­ tung zum programmierten Zeitpunkt eingeschaltet.
In einer Weiterbildung nach Anspruch 6 wird während des Betriebs der Zu­ satzheizvorrichtung kontinuierlich oder in kurzen Zeitintervallen geprüft, ob das aktuelle Energieabgabevermögen der Batterie noch für einen sicheren Startvorgang ausreicht. Wenn das Energieabgabevermögen in einen vorbe­ stimmten Grenzbereich absinkt oder diesen unterschreitet, wird die Zusatz­ heizvorrichtung abgeschaltet, so daß das der Batterie für einen sicheren Startvorgang noch ein ausreichendes Energieabgabevermögen erhalten bleibt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen und schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Prinzipschaltplan der Erfindung.
Fig. 2 zeigt einen Algorithmus eines erfindungsgemä­ ßen Verfahrens.
Die Fig. 1 zeigt eine Fahrgastzelle 1 eines Personenkraftwagens mit einer bat­ teriegespeisten Brennstoff-Zusatzheizvorrichtung 2, die mit einer Starterbatte­ rie 3 verbunden ist. Eine Brennkraftmaschine 4 ist mit einer Lichtmaschine 9 und mit einem Anlasser 5 verbunden, der von der Starterbatterie 3 gespeist wird. Die Starterbatterie 3 weist eine integral mit der Starterbatterie 3 ver­ bundene Batterieheizvorrichtung 6 als Widerstandsheizung auf, die von der Starterbatterie 3 gespeist wird. Eine integrierte Batterie-Steuervorrichtung 7 steuert den Zeitpunkt des Einschaltens der Batterieheizvorrichtung 6, und eine Steuervorrichtung 8 steuert den Zeitpunkt des Einschaltens der Zusatz­ heizvorrichtung 2. Der Zeitpunkt des Einschaltens der Batterieheizvorrichtung 6 wird über eine Temperaturregelung in Abhängigkeit von der Batterietempe­ ratur veranlaßt. Dem Fachmann ist geläufig, solche Temperaturregelungen in Verbindung mit den dazu erforderlichen Sensoren aufzubauen.
Nachstehend wird die Funktion der Erfindung näher erläutert.
Mit dem Kraftfahrzeug soll um 7.00 Uhr morgens gestartet werden. Der Fah­ rzeugführer rechnet mit starkem Nachtfrost und schätzt ein, daß die Fahrgastzelle 1 eine halbe Stunde vor Abfahrt beheizt werden muß, um eine vom Fahrer gewünschte Temperatur anzunehmen. Der Fahrzeugführer pro­ grammiert die Steuervorrichtung 8 auf 6.30 Uhr. Die Batterietemperatur wird eine vorbestimmte Zeitspanne, z. B. 3 Stunden, vor dem programmierten Start der Zusatzheizvorrichtung 2 gemessen. Mittels der Steuervorrichtung 8 wird ermittelt, wann die Batterieheizvorrichtung 6 der Starterbatterie 3 einge­ schaltet werden muß, damit die Starterbatterie 3 eine ausreichende Kapazität aufweist, um den Betrieb der Zusatzheizvorrichtung 2 und einen sicheren Start der Brennkraftmaschine 4 zu gewährleisten. Bei einer Batterietempera­ tur von -30 Grad Celsius errechnet die Steuervorrichtung 8, daß die Batte­ rieheizvorrichtung 6 um 4.00 Uhr einzuschalten ist, damit die Starterbatterie 3 zum Zeitpunkt des Einschaltens der Zusatzheizvorrichtung 2 eine Tempera­ tur von wenigstens -5 Grad Celsius aufweist. Nach einer Stunde kann erneut die Temperatur der Starterbatterie 3 gemessen und ermittelt werden, ob der Erwärmungsvorgang wie vorgesehen abläuft. Falls die Starterbatterie 3 zum vorgesehenen Einschaltzeitpunkt der Zusatzheizvorrichtung 2 noch nicht die erforderliche Temperatur aufweist, wird die Zusatzheizvorrichtung 2 nicht eingeschaltet und solange gewartet, bis die erforderliche Temperatur erreicht ist. Dadurch ist es möglich, daß die Zusatzheizvorrichtung 2 z. B. erst 6.50 Uhr eingeschaltet wird. Falls die erforderliche Batterietemperatur bis 7.00 Uhr, d. h. bis zum Start der Brennkraftmaschine 4, nicht erreicht wird, bleibt die Zusatzheizvorrichtung 2 außer Betrieb, denn für den Fahrzeugführer ist ein sicheres Starten der Brennkraftmaschine 4 wichtiger als ein vorgewärm­ tes Kraftfahrzeug, das nicht mehr gestartet werden kann.
Nachfolgend wird ein Beispiel für das Verfahren nach Anspruch 5 näher er­ läutert, bei dem zusätzlich eine Vorrichtung zur Ermittlung des Lade- und Be­ triebszustands der Starterbatterie vorgesehen ist.
Zuerst erfolgt die manuelle Eingabe des Zeitpunktes, zu dem die Zusatzheiz­ vorrichtung 2 sich automatisch einschalten soll, z. B. 6. 30 Uhr. Danach wird von der Vorrichtung zur Ermittlung des Lade- und Betriebszustands der Star­ terbatterie 3 ermittelt, wann die Batterieheizvorrichtung 6 zum Erwärmen der Starterbatterie 3 automatisch eingeschaltet werden muß, wobei dieser Zeit­ punkt nicht nur allein von der Temperatur, sondern auch von dem Ladezu­ stand und vom allgemeinen Betriebszustand der Starterbatterie 3 abhängt. So wird z. B. ermittelt, daß die Batterieheizvorrichtung 6 um 3.40 Uhr einge­ schaltet werden muß. Wenn dieser Einschaltzeitpunkt erreicht ist, wird die Batterieheizvorrichtung 6 eingeschaltet und die Starterbatterie 3 erwärmt.
Um 6.30 Uhr wird von der Vorrichtung zur Ermittlung des Lade- und Be­ triebszustands der Starterbatterie 3 ermittelt, ob sich die Starterbatterie 3 in einem ausreichenden Lade- und Betriebszustand befindet. Der Lade- und Be­ triebszustand wird dann als ausreichend angesehen, wenn durch Approxima­ tion ermittelt worden ist, daß um 7.00 Uhr das Energieabgabevermögen der Starterbatterie 3 für einen Startvorgang noch ausreicht. Wenn festgestellt wird, daß um 7.00 Uhr das Energieabgabevermögen der Starterbatterie 3 voraussichtlich nicht mehr ausreichen würde, wird die Zusatzheizvorrichtung 2 nicht eingeschaltet.
Wenn z. B. die Zusatzheizvorrichtung 2 zum vorgesehenen Zeitpunkt, d. h. 6.30 Uhr, eingeschaltet worden ist, wird während des Betriebs der Zusatz­ heizvorrichtung 2 kontinuierlich oder in kurzen Zeitintervallen geprüft, ob das aktuelle Energieabgabevermögen der Starterbatterie 3 noch für einen siche­ ren Startvorgang ausreicht. Wenn das Energieabgabevermögen in einen vor­ bestimmten Grenzbereich absinkt oder diesen unterschreitet, wird die Zu­ satzheizvorrichtung 2 wieder abgeschaltet.
Ebenso ist es möglich, daß die Zusatzheizvorrichtung 2 erst zu einem späte­ ren Zeitpunkt, z. B. um 6.55 Uhr, eingeschaltet wird, wenn, bedingt durch die fortschreitende Erwärmung der Batterie, erst zu diesem Zeitpunkt das er­ forderliche Energieabgabevermögen für den sicheren Startvorgang zur Verfü­ gung steht.

Claims (6)

1. Anordnung zum Betreiben einer Zusatzheizvorrichtung (2) zum Beheizen einer Fahrgastzelle (1) in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise für ein Kraft­ fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (4) und einer Starterbatterie (3), wo­ bei eine Steuervorrichtung (8) vorgesehen ist, die die Zusatzheizvorrichtung (2) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt einschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Batterieheizvorrichtung (6) vorgesehen ist, die in Wärmekontakt mit der Starterbatterie (3) ist, und
eine Steuervorrichtung (8) vorgesehen ist, die die Zusatzheizvorrichtung (2) erst dann einschaltet, wenn die Starterbatterie (3) mittels der Batterieheizvor­ richtung (6) auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervor­ richtung (8) fernsteuerbar ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterieheizvorrichtung (6) mit der Starterbatterie (3) eine integrale Einheit bildet.
4. Verfahren zum Betreiben einer Zusatzheizvorrichtung 2 für ein Kraftfahr­ zeug mit einer Brennkraftmaschine (4) und einer Starterbatterie (3), wobei eine zeitprogrammierbare Steuervorrichtung 8 vorgesehen ist, die die Zusatz­ heizvorrichtung 2 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt einschaltet und weiter­ hin eine Batterieheizvorrichtung 6 vorgesehen ist, die in Wärmekontakt mit der Starterbatterie (3) ist, wobei nach der Programmierung zum Einschalten der Zusatzheizvorrichtung 2 folgende Verfahrensschritte durchgeführt wer­ den:
  • - Messen der Batterietemperatur,
  • - Berechnen des Zeitpunkts, zu dem die Batterieheizvorrichtung (6) zum Er­ wärmen der Starterbatterie (3) einzuschalten ist,
  • - Einschalten der Batterieheizvorrichtung (6), wenn der Zeitpunkt zum Ein­ schalten erreicht ist,
  • - Feststellen, ob die Temperatur der Starterbatterie (3) einen vorbestimmten Wert erreicht hat, und
  • - Einschalten der Zusatzheizvorrichtung 2, wenn der vorbestimmte Wert der Temperatur der Starterbatterie (3) und der Zeitpunkt zum Einschalten der Zu­ satzheizvorrichtung 2 erreicht sind.
5. Verfahren zum Betreiben einer Zusatzheizvorrichtung 2 für ein Kraftfahr­ zeug mit einer Brennkraftmaschine (4) und einer Starterbatterie (3), wobei
eine Steuervorrichtung (8) vorgesehen ist, die die Zusatzheizvorrichtung (2) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt einschaltet,
eine Batterieheizvorrichtung (6) vorgesehen ist, die in Wärmekontakt mit der Starterbatterie (3) ist, und
eine Vorrichtung zur Ermittlung des Lade- und Betriebszustandes der Star­ terbatterie vorgesehen ist, wobei folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
  • - Eingeben des Zeitpunktes, wann die Zusatzheizvorrichtung (2) automa­ tisch eingeschaltet werden soll,
  • - Ermitteln, wann die Batterieheizvorrichtung (6) zum Erwärmen der Starterbatterie (3) automatisch eingeschaltet werden muß,
  • - Einschalten der Batterieheizvorrichtung (6),
  • - Erwärmen der Starterbatterie (3) und beim Erreichen des Zeitpunkts zum Einschalten der Zusatzheizvorrichtung (2):
  • - Ermitteln, ob nach Ablauf der programmierten Heizzeit der Zusatzheiz­ vorrichtung (2) das Energieabgabevermögen der Starterbatterie (3) für den Startvorgang ausreicht,
  • - wenn das Energieabgabevermögen der Starterbatterie (3) für den Startvorgang ausreicht, wird die Zusatzheizvorrichtung (2) eingeschal­ tet,
  • - wenn das Energieabgabevermögen der Starterbatterie (3) für den Startvorgang nicht ausreicht, wird die Zusatzheizvorrichtung (2) nicht eingeschaltet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
während des Betriebs der Zusatzheizvorrichtung (2) geprüft wird, ob das aktuelle Energieabgabevermögen der Starterbatterie (3) für den sicheren Startvorgang noch ausreicht, und
die Zusatzheizvorrichtung (2) abgeschaltet wird, wenn ermittelt wird, daß das Energieabgabevermögen der Starterbatterie (3) einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet.
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