DE10156037A1 - Method for monitoring operation of heater element of motor vehicle interior heater based on comparing actual resistance of heater elements against known resistance temperature characteristic - Google Patents
Method for monitoring operation of heater element of motor vehicle interior heater based on comparing actual resistance of heater elements against known resistance temperature characteristicInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines elektrischen Heizelements einer Kfz-Zusatzheizung oder eines elektrischen Heizelements innerhalb einer Gruppe von miteinander verbundener elektrischer Heizelement einer Kfz-Zusatzheizung. Bei dem bzw. jedem Heizelement handelt es sich insbesondere um ein PTC-Widerstandselement. The invention relates to a method for monitoring the function of a electric heating element of a motor vehicle auxiliary heater or an electric Heating element within a group of interconnected electrical Heating element of an additional vehicle heater. With the or each heating element it is in particular a PTC resistance element.
Zur Komfortsteigerung von Kraftfahrzeugen werden deren Heizsysteme in zunehmendem Maße mit elektrischen Zusatzheizungen versehen, bei denen als elektrische Heizelemente insbesondere PTC-Widerstandselemente (PTC-Bausteine) eingesetzt werden. Aus Gründen der Betriebszuverlässigkeit sollten diese Bausteine auf ihre Funktionstüchtigkeit hin überprüft werden. Dies umfasst die Überprüfung der PTC-Bausteine während des Betriebs auf Defekt oder Einhaltung der Temperatur. To increase the comfort of motor vehicles, their heating systems are in increasingly provided with additional electrical heaters, where as electrical heating elements, in particular PTC resistance elements (PTC modules) can be used. For reasons of operational reliability these modules are checked for their functionality. This includes checking the PTC components for defects or during operation Compliance with temperature.
Als Messgrößen stehen dafür grundsätzlich der einen PTC-Baustein oder eine Gruppe von miteinander verschalteten PTC-Bausteinen durchfließende Strom und der Spannungsabfall über einem PTC-Baustein oder einer Gruppe von miteinander verschalteten PTC-Bausteinen zur Verfügung. Aus diesen Messgrößen kann der jeweils aktuelle Widerstandswert ermittelt werden, um dann aus der Widerstandskennlinie (Verlauf des Widerstandes über der Temperatur) auf die aktuelle Temperatur zu schließen. Auf Grund ihres veränderlichen Widerstandes lassen sich PTC-Bausteine nur schlecht im Temperaturbereich überprüfen; denn die die PTC-Bausteine ansteuernde Elektronik hat keine konkreten Anhaltspunkte zur aktuellen Temperatur. Basically, one of the PTC modules or one are the measured variables Group of current flowing through interconnected PTC modules and the voltage drop across a PTC device or group of interconnected PTC blocks are available. From these measures the current resistance value can be determined and then from the Resistance characteristic (course of resistance over temperature) on the close current temperature. Because of their changeable Resistance of PTC modules is difficult to check in the temperature range; because the electronics that control the PTC modules have no specific ones Clues to the current temperature.
Je nach der Temperatur des PTC-Bausteins kann der Widerstand bis zu 95% variieren, weshalb sich weder ein Defekt eines PTC-Bausteins noch dessen aktuelle Temperatur anhand des Stroms und/oder der Spannung sicher erfassen lässt. Depending on the temperature of the PTC module, the resistance can be up to 95% vary, which is why there is neither a defect in a PTC module nor its current temperature based on the current and / or voltage can be recorded.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines elektrischen Heizelements zu schaffen, mit dem sich ein nicht ordnungsgemäß arbeitendes Heizelement sicher erfassen lässt. The invention is based on the object of a method for Function monitoring of an electrical heating element to create, with which a not properly detected heating element.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung gemäß einer ersten Variante
ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines elektrischen Heizelements
vorgeschlagen, bei dem
- - während eines Aufheiz- oder eines Abkühlungsvorgangs der durch das Heizelement oder die Gruppe von Heizelementen fließende Strom und die über dem Heizelement oder der Gruppe von Heizelementen abfallende Spannung ermittelt wird,
- - aus den ermittelten Werten für den Strom und die Spannung der Widerstand ermittelt wird,
- - anhand dieser Widerstandswerte der relative Extremwert der Widerstandskennlinie ermittelt wird und
- - überprüft wird, ob der relative Extremwert innerhalb oder außerhalb eines vorgebbaren Widerstandsbereichs liegt.
- during a heating or cooling process, the current flowing through the heating element or the group of heating elements and the voltage falling across the heating element or the group of heating elements is determined,
- the resistance is determined from the determined values for the current and the voltage,
- - The relative extreme value of the resistance characteristic is determined on the basis of these resistance values and
- - It is checked whether the relative extreme value lies within or outside a predefinable resistance range.
Bei der Erfindung wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass elektrische Heizelemente ein und desselben Typs trotz mit der Temperatur stark variierenden Widerstandswerten im wesentlichen gleich große charakteristische Widerstandswerte aufweisen, bei denen es sich jeweils um den relativen (und auch absoluten) Extremwert der Widerstandskennlinie handelt. Beidseitig dieses relativen und absoluten Extremwerts (z. B. Minimum der Widerstandskennlinie über der Temperatur) weist die Kennlinie also eine Steigung mit unterschiedlichen Vorzeichen auf. Im Falle eines PTC-Bausteins z. B. weist die Widerstandskennlinie bei ca. 60°C ihr Minimum auf. Sowohl zu kleineren als auch zu größeren Temperaturen hin (ausgehend von ca. 60°C) steigt der elektrische Widerstand also an. In the invention, the knowledge that electrical Heating elements of one and the same type despite strongly varying with the temperature Resistance values are essentially the same characteristic Have resistance values, which are relative (and also absolute) extreme value of the resistance characteristic. Both sides of this relative and absolute extreme value (e.g. minimum of the resistance characteristic over the temperature), the characteristic curve has an incline different signs. In the case of a PTC module, e.g. B. has the Resistance characteristic curve at its minimum at approx. 60 ° C. To both smaller and too higher temperatures (starting from approx. 60 ° C) the electrical increases Resistance.
Wird also beim Betrieb der Kfz-Zusatzheizung von niedrigen Temperaturwerten zu hohen Temperaturwerten die Kennlinie für jedes Heizelement oder für jede Gruppe von untereinander verschalteten Heizelementen "durchfahren", so kann durch kontinuierliches, quasi-kontinuierliches oder in Intervallen erfolgendes Abfragen der Strom- und Spannungswerte der jeweils aktuelle Widerstandswert ermittelt werden. Damit kann aber auch der charakteristische relative Extremwert der Widerstandskennlinie ermittelt werden. Liegt dieser Extremwert innerhalb eines vorgebbaren Bereichs, so ist das Heizelement bzw. sind die Heizelemente einer Gruppe von Heizelementen in Ordnung. Andernfalls kann ein Defekt angezeigt werden. So when operating the auxiliary vehicle heater from low temperature values If the temperature is too high, the characteristic curve for each heating element or for each "Drive through" group of interconnected heating elements, see above can be continuous, quasi-continuous or at intervals the current and voltage values of the current one are queried Resistance value can be determined. But this can also be the characteristic relative extreme value of the resistance characteristic can be determined. If this is Extreme value within a specifiable range, then the heating element or the heating elements of a group of heating elements are OK. Otherwise a defect can be displayed.
Der charakteristische Extremwert der Widerstandskennlinie kann entweder beim Aufheizen eines Heizelements oder einer Heizelementgruppe, d. h. wenn das Heizelement oder die Heizelemente mit einem zunehmenden Strom bestromt wird, oder aber beim Abkühlen, also bei einer abnehmenden Bestromung messtechnisch ermittelt werden. The characteristic extreme value of the resistance characteristic can either when heating a heating element or group of heating elements, d. H. if the heating element or elements with an increasing current is energized, or when cooling, i.e. with a decreasing Current can be determined by measurement.
Nach dem gleichen Prinzip, nämlich der Untersuchung der Widerstandskennlinie, kann auch die Betriebstemperatur eines elektrischen Heizelements ermittelt bzw. überprüft werden, und zwar ohne einen externen oder internen Temperaturfühler. According to the same principle, namely the investigation of the Resistance characteristic, can also be the operating temperature of an electrical heating element be determined or checked, without an external or internal Temperature sensor.
Hierzu wird gemäß einer zweiten Variante der Erfindung, die auch mit der
zuvor erläuterten ersten Erfindungsvariante kombinierbar ist, ein Verfahren
vorgeschlagen, bei dem
- - während eines Aufheiz- oder eines Abkühlungsvorgangs der durch das Heizelement oder die Gruppe von Heizelementen fließende Strom und die über dem Heizelement oder der Gruppe von Heizelementen abfallende Spannung ermittelt wird,
- - aus den ermittelten Werten für den Strom und die Spannung der Widerstand ermittelt wird,
- - anhand dieser Widerstandswerte die Veränderung der
Widerstandskennlinie ermittelt wird,
anhand der Veränderung der Widerstandskennlinie ermittelt wird, innerhalb welches Bereichs de Widerstandskennlinie sich der Arbeitspunkt des Heizelements oder der Gruppe von Heizelementen befindet und - - anhand des Widerstandswertes des Heizelements oder der Gruppe von Heizelementen im Arbeitspunkt und des ermittelten Bereichs der Widerstandskennlinie die Temperatur des Heizelements oder der Gruppe von Heizelementen ermittelt wird.
- during a heating or cooling process, the current flowing through the heating element or the group of heating elements and the voltage falling across the heating element or the group of heating elements is determined,
- the resistance is determined from the determined values for the current and the voltage,
- - the change in the resistance characteristic is determined on the basis of these resistance values,
on the basis of the change in the resistance curve, it is determined within which area of the resistance curve the working point of the heating element or the group of heating elements is located and - - The temperature of the heating element or the group of heating elements is determined on the basis of the resistance value of the heating element or the group of heating elements in the operating point and the determined range of the resistance characteristic.
Bei dieser zweiten Variante wird anhand des Verlaufs der Widerstandskennlinie im Arbeitspunkt des Heizelements oder der Heizelementgruppe ermittelt, bei welcher Temperatur bzw. in welchem Temperaturbereich das Heizelement bzw. die Heizelementgruppe gerade betrieben wird (nämlich oberhalb oder unterhalb der dem charakteristischen Wert der Widerstandskennlinie entsprechenden Temperaturwert. Hierzu ist der Widerstandsverlauf über der Temperatur in einem Speicher oder Controller abgelegt. Damit kann überprüft werden, ob das Heizelement bzw. die Heizelementgruppe mit der beabsichtigten Temperatur betrieben wird. In this second variant, the resistance characteristic curve is used determined in the operating point of the heating element or the heating element group, at what temperature or in what temperature range the heating element or the heating element group is currently being operated (namely above or below the characteristic value of the resistance characteristic corresponding temperature value. The resistance curve is above the Temperature stored in a memory or controller. So that can be checked whether the heating element or the heating element group with the intended temperature is operated.
Das Durchfahren der Widerstandskennlinie kann während des Betriebs eines Heizelements oder einer Gruppe von Heizelementen durch kurzzeitiges Unterbrechen der Bestromung und Wiedereinschaltung nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne erfolgen, die derart bemessen ist, dass das Heizelement bzw. die Heizelementgruppe auf einen Wert unterhalb der dem charakteristischen Extremwert der Widerstandskennlinie entsprechenden Temperaturwert abgekühlt ist. Passing through the resistance characteristic curve during the operation of a Heating element or a group of heating elements by briefly Interruption of the power supply and restart after a certain time Time span take place, which is dimensioned such that the heating element or Heating element group to a value below the characteristic Extreme value of the temperature characteristic corresponding to the resistance characteristic has cooled down.
Um überprüfen zu können, auf welchem Ast der Widerstandskennlinie sich der aktuelle Arbeitspunkt des Heizelements bzw. der Heizelementgruppe befindet, reicht es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung aus, wenn beim Aufheizvorgang der charakteristische Extremwert der Widerstandskennlinie passiert ist. In order to be able to check on which branch of the resistance characteristic the current working point of the heating element or the heating element group is located, According to an advantageous development of the invention, it is sufficient if the characteristic extreme value of the Resistance characteristic has happened.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des Beispiels eines PTC-Widerstandselements als elektrisches Heizelement unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen dabei: The invention is described below using the example of a PTC resistance elements as an electrical heating element with reference to the drawing explained in more detail. The individual shows:
Fig. 1 die charakteristische Widerstands/Temperatur-Kennlinie eines PTC- Widerstandselements, Fig. 1 shows the characteristic resistance / temperature characteristic curve of a PTC resistive element,
Fig. 2 die charakteristische Strom/Temperatur-Kennlinie eines PTC-Widerstandselements und Fig. 2 shows the characteristic current / temperature characteristic of a PTC resistance element and
Fig. 3 eine Messanordnung zur Funktionsüberwachung eines PTC-Widerstandselements anhand des Widerstandskennlinienverlaufs auf der Grundlage des das PTC-Widerstandselement durchfließenden elektrischen Stroms und der über den PTC-Widerstandselement abfallenden elektrischen Spannung. Fig. 3 shows a measuring arrangement for monitoring the function of a PTC resistor element on the basis of the resistance characteristic curve on the basis of the PTC resistive element and the electric current flowing through drop across the PTC resistor element voltage.
Fig. 1 und 2 zeigen die charakteristischen Widerstands- und Stromverläufe eines PTC-Widerstandselements 10 (siehe Fig. 3) in Abhängigkeit von der Temperatur. Zu erkennen ist, dass die Widerstandskennlinie gemäß Fig. 1 bei 60°C ihren lokalen bzw. relativen und absoluten Extremwert (Minimum) aufweist; bei dieser Temperatur weist die Stromkennlinie ihren Maximalwert (lokal bzw. relativ und absolut) auf. Der charakteristische minimale Widerstandswert wird nun herangezogen, um das PTC-Widerstandselement 10 hinsichtlich seiner aktuellen Temperatur sowie auf Ausfall zu überwachen. Fig. 1 and 2 show the characteristic resistance and current characteristics of a PTC resistive element 10 (see Fig. 3) in function of temperature. It can be seen that the resistance characteristic according to FIG. 1 has its local or relative and absolute extreme value (minimum) at 60 ° C; at this temperature, the current characteristic curve has its maximum value (local or relative and absolute). The characteristic minimum resistance value is now used to monitor the PTC resistance element 10 with regard to its current temperature and for failure.
Hierzu werden während eines Aufheizvorgangs des PTC-Widerstandselements 10 der durch dieses fließende Strom (z. B. als Spannungsabfall UShunt über einem temperaturinvarianten konstanten Shunt-Widerstand 12 oder durch Verwendung eines Transistors mit Strom-Ausgang - Current-sense-Ausgang) und der Spannungsabfall UPTC über dem PTC-Widerstandselement 10 messtechnisch erfasst, und zwar fortlaufend, quasi-kontinuierlich oder in vorgebbaren Abtastintervallen (siehe Fig. 3). Die Messwerte werden einer Steuer- und Auswerteeinheit 14 zugeführt, die das PTC-Heizelement entsprechend einer gewünschten Heizleistung ansteuert. In der Steuer- und Auswerteeinheit 14 wird aus den jeweils aktuellen Messwerten der jeweilige Widerstandwert berechnet. Während des Aufheizvorgangs kann anhand des Verlaufs der Widerstandswerte erkannt werden, auf welchem Ast, nämlich auf den abfallenden Ast 16 oder dem ansteigenden Ast 18 sich der Arbeitspunkt des PTC-Widerstandselements befindet. Damit ist eine Zuordnung der augenblicklichen Betriebstemperatur zu einem der beiden Temperaturbereiche 20, 22 und darüber hinaus die Ermittlung der aktuellen Temperatur des PTC- Widerstandselements möglich, und zwar anhand der in der Steuer- und Auswerteeinheit 14 abgelegten Widerstandskennlinie. For this purpose, during a heating process of the PTC resistance element 10, the current flowing through it (e.g. as a voltage drop U shunt over a temperature-invariant constant shunt resistor 12 or by using a transistor with current output - current sense output) and the Voltage drop U PTC measured over the PTC resistance element 10 , namely continuously, quasi-continuously or in predefinable sampling intervals (see FIG. 3). The measured values are fed to a control and evaluation unit 14 , which controls the PTC heating element in accordance with a desired heating output. The respective resistance value is calculated in the control and evaluation unit 14 from the respectively current measured values. During the heating process, the course of the resistance values can be used to identify which branch, namely the falling branch 16 or the rising branch 18 , of the working point of the PTC resistance element. This makes it possible to assign the instantaneous operating temperature to one of the two temperature ranges 20 , 22 and, moreover, to determine the current temperature of the PTC resistance element, based on the resistance characteristic curve stored in the control and evaluation unit 14 .
Ergibt sich z. B. auf Grund der Messwerte für den Strom durch das und den Spannungsabfall über dem PTC-Widerstandselement 10 ein Widerstandswert Raktuell (siehe Fig. 1), so kann zunächst einmal keine Aussage darüber getroffen werden, ob das PTC-Widerstandselement 10 die Temperatur T1 oder T2 aufweist. Erst durch die Ermittlung des Astes 16 oder 18, auf dem der aktuelle Arbeitspunkt des PTC-Widerstandselements 10 liegt, kann aus dem Widerstandswert Raktuell anhand der abgelegten Widerstandskennlinie nunmehr die aktuelle Temperatur ermittelt werden. This results in. For example, based on the measured values for the current through and the voltage drop across the PTC resistance element 10, a resistance value R currently (see FIG. 1), no statement can be made as to whether the PTC resistance element 10 has the temperature T 1 or T 2 . Only by determining the branch 16 or 18 on which the current operating point of the PTC resistance element 10 is located can the current temperature be determined from the resistance value Raktuell using the stored resistance characteristic.
Beim Passieren des Widerstandsminimums kann dessen Wert ermittelt
werden. Durch Vergleich mit einem in der Steuer- und Auswerteeinheit abgelegten
zulässigen Wertebereichs für das Widerstandsminimum kann dann ein Defekt
(z. B. Ausfall) des PTC-Widerstandselements 10 festgestellt werden.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 PTC-Widerstandselement
14 Auswerteeinheit
16 abfallender Ast
18 ansteigender Ast
20 Temperaturbereich
22 Temperaturbereich
When passing the minimum resistance, its value can be determined. A defect (eg failure) of the PTC resistance element 10 can then be determined by comparison with an allowable value range for the minimum resistance stored in the control and evaluation unit. REFERENCE SIGN LIST 10 PTC resistance element
14 evaluation unit
16 falling branch
18 rising branch
20 temperature range
22 temperature range
Claims (9)
während eines Aufheiz- oder eines Abkühlungsvorgangs der durch das Heizelement oder die Gruppe von Heizelementen fließende Strom und die über dem Heizelement oder der Gruppe von Heizelementen abfallende Spannung ermittelt wird,
aus den ermittelten Werten für den Strom und die Spannung der Widerstand ermittelt wird,
anhand dieser Widerstandswerte der relative Extremwert der Widerstandskennlinie ermittelt wird und
überprüft wird, ob der relative Extremwert innerhalb oder außerhalb eines vorgebbaren Widerstandsbereichs liegt. 1. Method for monitoring the function of an electrical heating element or within a group of electrically connected electrical heating elements, the heating element or the group of heating elements having a resistance characteristic curve over temperature with a characteristic relative extreme value, and in the method
during a heating or cooling process, the current flowing through the heating element or the group of heating elements and the voltage falling across the heating element or the group of heating elements is determined,
the resistance is determined from the determined values for the current and the voltage,
the relative extreme value of the resistance characteristic is determined on the basis of these resistance values and
it is checked whether the relative extreme value lies within or outside a predeterminable resistance range.
während eines Aufheiz- oder eines Abkühlungsvorgangs der durch das Heizelement oder die Gruppe von Heizelementen fließende Strom und die über dem Heizelement oder der Gruppe von Heizelementen abfallende Spannung ermittelt wird,
aus den ermittelten Werten für den Strom und die Spannung der Widerstand ermittelt wird,
anhand dieser Widerstandswerte die Veränderung der Widerstandskennlinie ermittelt wird,
anhand der Veränderung der Widerstandskennlinie ermittelt wird, innerhalb welches Bereichs de Widerstandskennlinie sich der Arbeitspunkt des Heizelements oder der Gruppe von Heizelementen befindet und
anhand des Widerstandswertes des Heizelements oder der Gruppe von Heizelementen im Arbeitspunkt und des ermittelten Bereichs der Widerstandskennlinie die Temperatur des Heizelements oder der Gruppe von Heizelementen ermittelt wird. 4. Method for monitoring the function of an electrical heating element or within a group of electrically connected electrical heating elements, the heating element or the group of heating elements having a resistance characteristic curve over temperature with a characteristic relative extreme value, and in the method
during a heating or cooling process, the current flowing through the heating element or the group of heating elements and the voltage falling across the heating element or the group of heating elements is determined,
the resistance is determined from the determined values for the current and the voltage,
the change in the resistance characteristic is determined on the basis of these resistance values,
on the basis of the change in the resistance curve, it is determined within which area of the resistance curve the operating point of the heating element or the group of heating elements is located and
the temperature of the heating element or the group of heating elements is determined on the basis of the resistance value of the heating element or the group of heating elements at the operating point and the determined range of the resistance characteristic.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |