DE102005024466A1

DE102005024466A1 - Heating device for an electric vehicle comprises a line with an inlet and an outlet for a liquid medium of a heating circulation, a transformer having a primary winding and a secondary winding and a connecting unit

Info

Publication number: DE102005024466A1
Application number: DE200510024466
Authority: DE
Inventors: Andreas Hermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2006-11-30

Abstract

Heating device comprises a line with an inlet (3) and an outlet (4) for a liquid medium of a heating circulation (6), a transformer (10) having a primary winding (22) with a high number of coils and a secondary winding (26) with a low number of coils and a connecting unit (14) for connecting to a current supply of an electric vehicle. Preferred Features: The heating device further comprises a control unit which clocks the primary voltage output into the primary winding so that the heating performance of a conducting heating region (2c) is limited.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für ein Elektrofahrzeug, insbesondere einen Elektrobus.The The invention relates to a heating device for an electric vehicle, in particular an electric bus.

Bei Elektrofahrzeugen steht – anders als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren mit E-Anschluss – zur Beheizung des Innenraums und zur Vorwärmung nicht ausschließlich die Abwärme der Antriebsmaschine zur Verfügung. Somit sind z.T. Energiemengen für eine Heizeinrichtung aus der Stromzuführung abzuzweigen. Um die Energiebilanz nicht zu sehr zu beeinträchtigen, sollte die Heizeinrichtung effektiv arbeiten. Weiterhin ist die Verwendung von allzu grossbauenden Heizeinrichtungen oftmals aus Platzgründen, Gewichts- sowie aus Kostengründen nicht erwünscht.at Electric vehicles stands - different as in vehicles with internal combustion engines with electrical connection - for heating of the interior and for preheating not exclusively the waste heat the prime mover available. Thus, z.T. Amounts of energy for to divert a heater from the power supply. To the energy balance not to affect too much the heater should work effectively. Furthermore, the Use of oversized heaters often for reasons of space, weight and for cost reasons not he wishes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizeinrichtung für ein Elektrofahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug mit Anschluss an Stromschienen oder Stromoberleitungen zu schaffen, die mit geringem Aufwand und kleinbauend realisierbar ist und ein schnelles Beheizen des Mediums des Elektrofahrzeuges ermöglicht.Of the Invention is based on the object, a heating device for an electric vehicle, in particular an electric vehicle with connection to busbars or to create power lines with little effort and kleinbauend is feasible and a fast heating of the medium of the electric vehicle allows.

Diese Aufgabe wird durch eine Heizeinrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.These The object is achieved by a heating device according to claim 1. The Describe subclaims preferred developments.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine von einem Medium durchflossene, elektrisch leitfähige oder mit leitfähigen Mitteln versehene Rohrleitung, insbesondere eine Rohrleitung aus Metall, als Teil der Sekundärwicklung eines Transformators zu schalten und hierdurch die Leitung direkt elektrisch zu beheizen. Es wird somit ein direkt durch den Sekundärstrom konduktiv geheizter Durchlauferhitzer für das Medium gebildet. Das Medium kann hierbei erfindungsgemäß insbesondere Wasser oder eine Wassermischung sein.Of the The invention is based on the idea of flowing through a medium, electrically conductive or with conductive Means provided pipeline, in particular a pipeline Metal, as part of the secondary winding to switch a transformer and thereby the line directly to heat electrically. It is thus a conductive directly through the secondary current heated water heater for the medium formed. The medium can in this case according to the invention in particular To be water or a water mixture.

Entsprechend des ohmschen Widerstandes der Rohrleitung und der Sekundärspannung der Sekundärwicklung fließt ein Strom, wodurch das Rohr erwärmt wird. Das Rohr seinerseits erwärmt nun ein durchströmendes Medium. Die Rohrleitung wird vorteilhafterweise so ausgeführt, dass sich elektrische oder magnetische Felder weitgehend ausgleichen.Corresponding ohmic resistance of pipeline and secondary voltage the secondary winding flows a stream, which heats the pipe becomes. The pipe in turn warmed up now a flowing through Medium. The pipeline is advantageously designed so that largely compensate for electrical or magnetic fields.

Die Primärwicklung des Transformators wird mit dem aus der Stromzuführung des Elektrofahrzeuges gelieferten Strom gespeist. Hierbei wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Gleichstrom, insbesondere ein direkt aufgenommener Gleichstrom oder ein durch Gleichrichtung erzeugter Gleichstrom, durch einen DC-AC-Wandler, insbesondere einen Zerhacker, umgewandelt und der erzeugte Wechselstrom der Primärwicklung zugeführt.The primary of the transformer is connected to that from the power supply of the electric vehicle supplied power supplied. Here, according to a preferred embodiment a direct current, in particular a directly recorded direct current or a DC generated by rectification, by a DC-AC converter, in particular a chopper, converted and the generated alternating current the primary winding fed.

Die Sekundärwicklung weist im allgemeinen eine niedrigere Windungszahl als die Primärwicklung auf; vorteilhafterweise weist die Sekundärwicklung nur eine Windung auf. Die Zahl der Primärwindungen richtet sich nach der Spannung auf der Primärseite, die erforderlich ist, die gewünschte Heizleistung zu übertragen. Wird die Primärwicklung des Transformators mit einer zerhackten Gleichspannung gespeist, fließt durch die Sekundärwicklung bei entsprechend herunter transformierter Spannung ein hoher Strom, der die Rohrleitung entsprechend deren elektrischem Widerstand erwärmt. Die hierdurch erzeugte Wärme wird direkt auf das durch die Rohrleitung gepumpte Medium übertragen und erwärmt somit – gegebenenfalls über Heizkörper – den Innenraum.The secondary winding generally has a lower number of turns than the primary winding; Advantageously, the secondary winding has only one turn on. The number of primary turns depending on the voltage on the primary side that is required the desired To transfer heating power. Will the primary winding of the transformer fed with a chopped DC voltage, flows through the secondary winding at correspondingly transformed voltage a high current, which heats the pipeline according to their electrical resistance. The heat generated thereby is transferred directly to the medium pumped through the pipeline and thus warms - possibly via radiators - the interior.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der ein Gleichstrom zerhackt wird, kann vorteilhafterweise eine derartig hohe Frequenz gewählt werden, dass der Transformator gering dimensioniert wird.at the embodiment of the invention, in which a direct current is chopped, can advantageously a such high frequency are chosen that the transformer is dimensioned small.

Die Heizleistung wird vorteilhafterweise durch Takten, d.h. Ein- und Ausschalten, eingestellt.The Heating power is advantageously provided by clocking, i. Input and output Switch off, set.

Erfindungsgemäß kann eine kompakte Bauweise durch eine Rohrleitung mit mehreren Windungen gebildet werden, bei der die elektrische bzw. elektromagnetische Einheit unter- oder oberhalb der Rohrleitung angeordnet ist.According to the invention, a Compact construction through a pipeline with several turns be formed, in which the electrical or electromagnetic Unit below or above the pipeline is arranged.

Gemäß einer bevorzugen Ausführungsform wird ein metallisches Rohr, z. B. aus Stahl, verwendet, das einen bei Temperaturänderungen veränderlichen Widerstand besitzt. Die Widerstandsänderung ist im Gegensatz zu PTCs jedoch relativ gering und verläuft praktisch linear. Die Widerstandänderung wird vorteilhafterweise zur Temperaturüberwachung herangezogen. Die Eingangsleistung wird gemessen und in ein Verhältnis zu der ebenfalls gemessenen Sekundärspannung gebracht. Steigt bei steigender Temperatur der Widerstand des Rohres, sinkt bei gleich bleibender Sekundärspannung die Heizleistung. Über einen Prozessor können hierbei kritische Abweichungen ermittelt und die Heizung abgeschaltet werden. Hierdurch ergibt sich der erfindungsgemäße Vorteil, dass der ganze Heizbereich des Rohres erfasst werden kann.According to one preferred embodiment will a metallic tube, e.g. As steel, used, the one at temperature changes variable Has resistance. The resistance change is in contrast to PTCs, however, relatively low and runs virtually linear. The resistance change is advantageously used for temperature monitoring. The Input power is measured and in relation to the also measured secondary voltage brought. If the resistance of the pipe increases with increasing temperature, If the secondary voltage remains the same, the heating power decreases. About one Processor can this critical deviations determined and turned off the heater become. This results in the advantage according to the invention that the whole Heating range of the pipe can be detected.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the accompanying drawings on some embodiments explained. Show it:

1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung gemäß einer Ausführungsform, 1 a top view of a heating device according to the invention according to an embodiment,

2 eine Vorderansicht der Heizeinrichtung, 2 a front view of the heater,

3 eine perspektivische Ansicht der Heizeinrichtung, 3 a perspective view of the heater,

4 eine Seitenansicht der Heizeinrichtung von links. 4 a side view of the heater from the left.

Eine Heizeinrichtung 1 weist eine Rohrleitung 2 aus Edelstahl mit einem Eintritt 3 und Austritt 4 für das Wasser 5 eines in 1, 2 schematisch angedeuteten Warmwasserkreislaufs 6 auf. Die Rohrleitung 2 weist hierbei zwei Windungen 2a und 2b auf, die gegeneinander und gegenüber weiteren Bauelementen der Heizeinrichtung 1 durch eine Isolation 7, z. B. aus Pertinax, isoliert sind.A heating device 1 has a pipeline 2 made of stainless steel with an entrance 3 and exit 4 for the water 5 one in 1 . 2 schematically indicated hot water cycle 6 on. The pipeline 2 here has two turns 2a and 2 B on, against each other and over other components of the heater 1 through an isolation 7 , z. B. from Pertinax isolated.

Weiterhin weist die Heizeinrichtung 1 einen Transformator 10, eine Steuer- und Regeleinrichtung 12 sowie einen zentralen Anschlussstecker 14 auf. Die Rohrleitung 2, der Transformator 10, die Steuer- und Regeleinrichtung 12 sowie der zentrale Anschussstecker 14 sind in einem Blechgehäuse 16 aufgenommen, das ein Volumen von etwa drei Liter einnimmt.Furthermore, the heating device 1 a transformer 10 , a control and regulating device 12 and a central connector 14 on. The pipeline 2 , the transformer 10 , the control equipment 12 as well as the central connector 14 are in a sheet metal housing 16 taken up, which occupies a volume of about three liters.

Der zentrale Anschlussstecker 14 ist an Anschlüsse bzw. -Pole 20a und 20b der Stromzuführung 40 angeschlossen. Die aufgenommene Spannung Ue wird in der Steuer- und Regeleinrichtung 12 aufgenommen, je nach gemessener Wassertemperatur durch einen Schalter 50 getaktet bzw. ein- und ausgeschaltet, und an den Transformator 10 ausgegeben.The central connector 14 is on connections or poles 20a and 20b the power supply 40 connected. The absorbed voltage Ue is in the control and regulating device 12 recorded, depending on the measured water temperature by a switch 50 clocked or switched on and off, and to the transformer 10 output.

Erfindungsgemäß kann ein Gleichstrom in der Steuer- und Regeleinrichtung 12 zerhackt, hierbei zusätzlich durch den Schalter 50 getaktet und an den Transformator 10 ausgegeben werden.According to the invention, a direct current in the control and regulating device 12 hacked, this additionally by the switch 50 clocked and connected to the transformer 10 be issued.

Der Transformator 10 weist einen Transformatorkern 24 und eine Sekundärwicklung 26 auf, die wiederum einen mit dem magnetischen Fluss durchsetzten halboffenen, U-förmigen Teil 26a aufweist und in Kupferlötanschlüssen 28a und 28b an die untere und die obere Windung 2a, 2b der Rohrleitung 2 angeschlossen ist. Die Kupferlötanschlüsse 28a, 28b sind so mit galvanisch über einen Heizbereich 2c der metallische Rohrleitung 2 verbunden. Die gesamte Sekundärwicklung 26 wird somit durch den U-förmigen Teil 26a und den Heizbereich 2c der metallischen Rohrleitung 2 gebildet. Der Heizbereich 2c nimmt hierbei vorteilhafterweise den Großteil der gesamten Rohrleitung 2 ein bis auf Anfangsbereiche der Rohrleitungen 2 beim Eintritt 3 und Austritt 4.The transformer 10 has a transformer core 24 and a secondary winding 26 in turn, which interspersed with the magnetic flux half-open, U-shaped part 26a and in Kupferlötanschlüssen 28a and 28b to the lower and the upper turn 2a . 2 B the pipeline 2 connected. The copper solder connections 28a . 28b are so with galvanic over a heating area 2c the metallic pipe 2 connected. The entire secondary winding 26 is thus by the U-shaped part 26a and the heating area 2c the metallic pipeline 2 educated. The heating area 2c this takes advantageously the majority of the entire pipeline 2 one to the beginning of the pipelines 2 at the entrance 3 and exit 4 ,

Die Sekundärwicklung weist mit dem U-förmigen Teil 26a lediglich eine Windung, die Primärwicklung 22 hingegen eine höhere Anzahl von Windungen auf, so dass die eingegebene Primärspannung UP herunter transformiert und der Primärstrom herauf transformiert wird, so dass bei kleinen Primärströmen in der Primärwicklung 22 entsprechend ein hoher Sekundärstrom IS in der Sekundärwicklung 26 fließt. Der hohe Sekundärstrom IS erwärmt die Rohrleitung 2 entlang des bestromten Heizabschnittes 2c aufgrund dessen elektrischen Widerstandes, d.h. es liegt eine direkte Strombeheizung der Rohrleitung 2 vor. Der ohmsche Widerstand des Heizabschnittes 2c ist hierbei im wesentlichen über die Temperatur konstant.The secondary winding points with the U-shaped part 26a only one turn, the primary winding 22 however, a higher number of turns, so that the input primary voltage UP transformed down and the primary current is transformed up, so that at small primary currents in the primary winding 22 correspondingly a high secondary current IS in the secondary winding 26 flows. The high secondary current IS heats the pipeline 2 along the energized heating section 2c due to its electrical resistance, ie there is a direct power heating of the pipeline 2 in front. The ohmic resistance of the heating section 2c is essentially constant over the temperature.

Die Heizleistung liegt bei P = US·IS = US²/R, wobei R der ohmsche Widerstand des Rohrleistungsabschnittes 2C ist. Um das Überschreiten einer Soll-Heizleistung Psoll bei höheren Spannungen zu verhindern, wird die Primärspannung UP durch den Schalter 50 die Steuer- und Regeleinrichtung 12 im Verhältnis zur höheren Leistung getaktet, d.h. ein- und ausgeschaltet.The heating power is P = US · IS = US ² / R, where R is the ohmic resistance of the tube power section 2C is. To prevent the exceeding of a desired heating power Psoll at higher voltages, the primary voltage UP is switched by the switch 50 the control and regulating device 12 clocked in relation to the higher power, ie switched on and off.

Vorzugsweise ist eine Temperaturregelung vorgesehen, wobei die Temperatur der Rohrleitung 2 oder direkt die Temperatur des Mediums 5 gemessen wird. Vorteilhafterweise wird die Temperatur des Heizbereichs 2c durch eine Widerstandsmessung, z. B. direkt als Vierpunktmessung an den Lötkontakten 28a, b ermittelt, und die Heizleistung wiederum durch Takten der Primärspannung geändert, so dass eine Soll-Betriebstemperatur eingestellt wird.Preferably, a temperature control is provided, wherein the temperature of the pipeline 2 or directly the temperature of the medium 5 is measured. Advantageously, the temperature of the heating area 2c by a resistance measurement, z. B. directly as a four-point measurement on the solder contacts 28a , b determined, and the heating power in turn changed by clocking the primary voltage, so that a target operating temperature is set.

Alternativ hierzu kann auch die Raumtemperatur im Fahrzeug gemessen und zur Regelung herangezogen werden.alternative For this purpose, the room temperature in the vehicle can be measured and for Regulation are used.

Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist die Heizeinrichtung 1 vorteilhafterweise kompakt aufgebaut, indem der elektrische Teil, d.h. der zentrale Anschlussstrecker 14, die Steuer- und Regeleinrichtung 12 sowie der Transformator 10 unterhalb der Rohrleitung 2 angeordnet sind. Die Heizeinrichtung 1 kann hierbei ein Gesamtvolumen von z. B. 40 Liter einnehmen und bei einer hohen Leistung P von z. B. 36 kW kompakt ausgebildet werden.According to the embodiment shown, the heating device 1 advantageously compact constructed by the electrical part, ie the central connection stretchers 14 , the control equipment 12 as well as the transformer 10 below the pipeline 2 are arranged. The heater 1 this can be a total volume of z. B. occupy 40 liters and at a high power P of z. B. 36 kW are made compact.

Abweichend von der gezeigten Ausführungsform ist es grundsätzlich z. B. auch möglich, dass die Rohrleitung 2 aus einem elektrisch nicht leitenden Material, z. B. Kunststoff, gefertigt ist und ein leitendes Material an der Rohrleitung 2 vorgesehen ist, z. B. in oder auf der Rohrleitung 2; dies kann z. B. als Beschichtung oder Einlage der Rohrleitung 2 erfolgen.Notwithstanding the embodiment shown, it is basically z. B. also possible that the pipeline 2 made of an electrically non-conductive material, for. As plastic, is made and a conductive material on the pipe 2 is provided, for. B. in or on the pipeline 2 ; this can be z. B. as a coating or insert of the pipeline 2 respectively.

Claims

Heating device for an electric vehicle, comprising: a line ( 2 ) with an entrance ( 3 ) and an exit ( 4 ) for a liquid medium of a heating circuit ( 6 ), whereby the line ( 2 ) an electrically conductive heating area ( 2c ), a transformer ( 10 ), which is a primary winding ( 22 ) with a higher number of turns and a secondary winding ( 26 ) having a smaller number of turns, wherein the secondary winding ( 26 ) is closed and the conductive heating area ( 2c ) of the line ( 2 ) a part of the closed secondary winding ( 26 ), and a connection device ( 14 ) for connection to a power supply ( 40 ) of the electric vehicle, wherein the primary winding ( 23 ) via the connection device ( 14 ) and a control device ( 12 ) is fed.

Heating device according to claim 1, characterized in that it comprises a control and regulating device ( 12 ), which in the primary winding ( 22 ) outputted primary voltage (UP) such clocked that a heating power (P) of the conductive heating area ( 2c ) is limited.

Heating device according to claim 2, characterized in that the control and regulating device ( 12 ) a switch, for. B. has a relay for clocking the recorded AC or three-phase current.

Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the control and regulating device ( 12 ) performs a temperature control to a desired operating temperature by the temperature of the medium or the pipeline ( 2 ) and the output primary voltage (UP) is changed.

Heating device according to claim 4, characterized in that the temperature by a temperature sensor or a resistance measurement of the conductive heating region ( 2c ) and the measured temperature value is evaluated.

Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the line ( 2 ) is made of metal and a portion of the conduit is the conductive heating area ( 2c ) and one with the magnetic flux of the transformer core ( 24 ) enforced area ( 26a ) of the secondary winding ( 26 ) over the conductive heating area ( 2c ) is shorted.

Heating device according to claim 6, characterized in that the line ( 2 ) has at least two turns.

Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the control and regulating device ( 12 ) a chopper for chopping a DC voltage and output of the chopped DC voltage to the transformer ( 10 ) having.