DE102005042560A1 - Positive temperature coefficient heating register for auxiliary heating device of vehicle, has heating modules, each comprising resistance valve with reference temperature, where value is different from resistance values of rest of modules - Google Patents

Positive temperature coefficient heating register for auxiliary heating device of vehicle, has heating modules, each comprising resistance valve with reference temperature, where value is different from resistance values of rest of modules Download PDF

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Abstract

The register (HR) has heating modules (H1-H4) that are separated from each other and supplied with a supply voltage (Ub). Each module has a positive temperature coefficient resistor or several positive temperature coefficient resistors connected in parallel. The heating modules comprise resistance valves with reference temperatures, where the resistance value of one of the modules is different from the resistance values of the rest of the heating modules. The resistors comprise positive temperature coefficient blocks having identical physical characteristics.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung, insbesondere ein PTC-Heizregister, mit n getrennt voneinander mit einer Versorgungsspannung beaufschlagbaren Heizmodulen, wobei jedes Heizmodul einen PTC-Widerstand oder mehrere in Reihe und/oder parallel geschaltete PTC-Widerstände.The The invention relates to a heating device, in particular a PTC heating coil, with n separately from each other acted upon by a supply voltage Heating modules, each heating module one or more PTC resistor in series and / or in parallel PTC resistors.

PTC-Heizregister, die PTC-Widerstände, d.h. Widerstände mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (die auch als Kaltleiter bezeichnet werden), umfassen, werden in Fahrzeugen, insbesondere Fahrzeugen mit einem Dieselmotor, in Heizungs- und Klimaanlagen verwendet. Durch eine Zuschaltung des PTC-Heizregisters wird in einer Kaltstartphase des Fahrzeugs eine beschleunigte Aufheizung des Innenraums bewirkt. Solche PTC-Heizregister werden auch als PTC-Zuheizregister bezeichnet. PTC-Heizregister umfassen in der Regel drei oder vier Heizmodule, die jeweils PTC-Widerstände umfassen. Die einzelnen PTC-Widerstände sind hierbei in den einzelnen Heizmodulen parallel oder in Reihe elektrisch miteinander verbunden. Die einzelnen Heizmodule der aus dem Stand der Technik bekannten PTC-Heizregister weisen bei einer Referenztemperatur in der Regel jeweils den gleichen Widerstandswert auf. Durch eine getrennte Beaufschlagung der einzelnen Heizmodule mit einer Versorgungsspannung können so beispielsweise bei einem PTC-Heizregister mit drei Heizmodulen drei verschiedene Heizleistungen realisiert werden. Diese betragen 33,3 %, 66,6 % oder 100 % einer Gesamtheizleistung des PTC-Heizregisters.PTC heating register, the PTC resistors, i.e. resistors with a positive temperature coefficient (also called PTC thermistor be referred to) are used in vehicles, in particular Vehicles with a diesel engine, in heating and air conditioning systems used. By switching on the PTC heating register is in a cold start phase of the vehicle accelerated heating of the interior causes. Such PTC heating coils are also called PTC Zuheizregister called. PTC heaters typically include three or four heating modules, each comprising PTC resistors. The individual PTC resistors are Here in the individual heating modules in parallel or in series electrically connected with each other. The individual heating modules of the stand known in the art PTC heating register have at a reference temperature usually each have the same resistance value. By a separate admission of the individual heating modules with a supply voltage can such as a PTC heating coil with three heating modules three different heating capacities are realized. These amount 33.3%, 66.6% or 100% of the total heat output of the PTC heater.

Eine Heizleistungsabgabe des PTC-Heizregisters wird durch ein Energiemanagement des Fahrzeugs beeinflusst. Sei einer hohen Generatorauslastung wird das PTC-Heizregister entsprechend abgeregelt. Bei den bekannten PTC-Heizregistern mit drei Heizmodulen erfolgt somit jeweils eine Abregelung um 33,3 %, 66,6 % oder 100 %. Hierdurch ist keine optimale Anpassung der abgegebenen Heizleistung des PTC-Heizregisters angepasst an die verfügbare Generatorleistung gegeben.A Heating power output of the PTC heating register is provided by an energy management system of the vehicle. Be a high generator load the PTC heating coil is adjusted accordingly. In the known PTC heating registers with three heating modules is thus one each Reduction by 33.3%, 66.6% or 100%. This is not optimal Adjustment of the output of the PTC heating coil output adjusted to the available Generator power given.

Aus der Offenlegungsschrift DE 101 41 146 A1 ist eine PTC-Heizvorrichtung, insbesondere zur Luftnacherwärmung in einer Fahrzeugheiz-, -belüftungs- und/oder -klimaanlage mit einer Leistungselektronik und PTC-Widerstandselementen bekannt, die modulartig aufgebaut ist und mindestens zwei Heizmodule umfasst. Eines der mindestens zwei Heizmodule ist für eine niedrige Temperatur und ein anderes der mindestens zwei Heizmodule ist für eine höhere Temperatur optimiert. Die Vorrichtung ist vorgesehen, um Verformungen von Lüftungsklappen aufgrund einer Überhitzung durch die PTC-Heizvorrichtung zu vermeiden und einen zu starken Abfall der verfügbaren Heizleistung bei gleich bleibender elektrischer Leistung zu vermeiden.From the publication DE 101 41 146 A1 a PTC heating device, in particular for air reheating in a vehicle heating, ventilation and / or air conditioning system with power electronics and PTC resistor elements is known, which is constructed in a modular manner and comprises at least two heating modules. One of the at least two heating modules is for a low temperature and another of the at least two heating modules is optimized for a higher temperature. The device is intended to prevent deformations of ventilation flaps due to overheating by the PTC heater and to avoid excessive drop in the available heating power with constant electrical power.

Aus der Offenlegungsschrift DE 199 33 013 A1 ist ein PTC-Heizregister mit mehreren in Reihe und/oder parallel angeordneten PTC-Heizelementen bekannt, wobei zwischen zumindest zwei in Reihe und/oder parallel angeordneten PTC-Heizelementen eine elektrische Isolation vorgesehen ist, um im Wesentlichen voneinander unabhängige Heizzonen zu bilden. Das bekannte PTC-Heizregister ist so ausgestaltet, dass die das Heizregister durchströmende Luft in verschiedenen Bereichen des PTC-Heizregisters unterschiedlich stark erwärmt werden kann, um anschließend mit einer unterschiedlichen Temperatur zu unterschiedlichen Orten im Fahrzeuginnenraum geleitet zu werden.From the publication DE 199 33 013 A1 a PTC heating coil is known with several in series and / or parallel PTC heating elements, wherein between at least two in series and / or parallel PTC heating elements, an electrical insulation is provided to form substantially independent heating zones. The known PTC heating coil is designed such that the air flowing through the heating coil can be heated to different degrees in different regions of the PTC heating coil in order subsequently to be conducted at a different temperature to different locations in the vehicle interior.

Aus der Offenlegungsschrift DE 35 09 073 A1 ist ein PTC-Heizregister bekannt, das mehrere Heizmodule umfasst. Die Heizmodule können getrennt voneinander jeweils über ein Relais mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt werden. Das Steuern der Relais erfolgt über ein Schieberegister. In Abhängigkeit von einem Regelsignal, weiches eine Information über die Auslastung eines Generators umfasst, wird getaktet jeweils eine logische Null oder Eins in das Schieberegister eingespeist. Liegt die Generatorauslastung in einem vorgegebenen Bereich, so wird beim nächsten Takt eine logische Eins in das Schieberegister eingegeben. Liegt die Generatorauslastung außerhalb des vorgegebenen Bereichs, wird eine logische Null in das Schieberegister eingegeben. Die einzelnen Relais sind mit unterschiedlichen Speicherpositionen des Schieberegisters verbunden. Je nach dem, ob die Speicherposition eine logische Eins oder Null aufweist, wird über das entsprechende Relais das jeweilige Heizmodul entweder mit der Versorgungsspannung beaufschlagt oder nicht. Bei der bekannten Vorrichtung erfolgt die Heizleistungsregelung zeitverzögert. Hier durch wird eine Regelung zum Teil erschwert. Dies liegt insbesondere daran, dass das Ein- und Ausschalten der unterschiedlichen Heizmodule nicht gezielt, sondern statistisch über das Einspeisen der logischen Einsen und Nullen in das Schieberegister erfolgt. Die Anzahl der logischen Einsen im Schieberegister im Verhältnis zur Gesamtzahl der Speicherplätze, die zum Ansteuern der Relais verwendet werden, ist ein Maß die abgegebene Heizleistung, wenn alle PTC-Heizmodule die gleiche Heizleistung bei einer Beaufschlagung mit der Versorgungsspannung erzeugen. Die PTC-Heizmodule müssen annähernd gleiche Widerstandswerte bei einer Referenztemperatur aufweisen, da die vorgeschlagene Regelung sonst nicht stabil ist, sondern ständig schwankt. Die Anzahl der Schritte mit denen die Heizleistung abgeregelt werden kann, entspricht somit der Anzahl der Heizmodule. Das heißt, bei einem PTC-Heizregister mit 3 Heizmodulen erfolgt die Abregelung und Zuschaltung jeweils in 33,3% Schritten der maximalen Gesamtheizleistung des PTC-Heizregisters. Eine an die jeweilige Generatorauslastung angepasste Abregelung der Heizleistung ist nicht optimal möglich.From the publication DE 35 09 073 A1 a PTC heating coil is known which comprises a plurality of heating modules. The heating modules can be supplied separately from each other via a relay with a supply voltage. The relays are controlled via a shift register. Depending on a control signal, which includes information about the load of a generator, a logical zero or one is clocked in each case fed to the shift register. If the generator utilization is in a predetermined range, a logical one is entered into the shift register at the next cycle. If the generator utilization is outside the specified range, a logical zero is entered in the shift register. The individual relays are connected to different memory positions of the shift register. Depending on whether the storage position has a logic one or zero, the respective heating module is either supplied with the supply voltage or not via the corresponding relay. In the known device, the heating power control takes place with a time delay. Here by a regulation is sometimes difficult. This is due in particular to the fact that the switching on and off of the different heating modules not targeted, but statistically via the input of the logical ones and zeros in the shift register. The number of logical ones in the shift register relative to the total number of memory locations used to drive the relays is a measure of the heat output delivered when all of the PTC heating modules produce the same heat output upon application of the supply voltage. The PTC heating modules must have approximately equal resistance values at a reference temperature, otherwise the proposed regulation is not stable, but constantly fluctuates. The number of steps with which the heating power can be adjusted, thus corresponds to the number of heating modules. This means that in the case of a PTC heating coil with 3 heating modules, the shutdown and connection are each made in 33.3% increments of the maximum total heating power of the PTC heating coil. A adapted to the respective generator utilization Abregelung the heating power is not optimally possible.

Im Stand der Technik ist aus der EP 1 091 621 A1 ein PTC-Heizregister bekannt, bei dem die insgesamt abgegebene Heizleistung des PTC-Heizregisters dadurch geregelt wird, dass die einzelnen PTC-Heizmodule jeweils mit einem getakteten pulsförmigen Strom versorgt werden. Das Verhältnis der Zeit, in der das PTC-Heizmodul mit einem Strom beaufschlagt wird, relativ zur Gesamtzeit bestimmt die Leistung, die das jeweilige Heizmodul abgibt. Die insgesamt abgegebene Heizleistung des PTC-Heizregisters ergibt sich aus der Summe der abgegebenen Heizleistungen der einzelnen PTC-Heizmodule. Um ein solches bekanntes PTC-Heizregister betreiben zu können, benötigt man eine aufwendige Steuerungselektronik, die die gepulsten Ströme zur Verfügung stellt.In the prior art is from the EP 1 091 621 A1 a PTC heating coil is known, in which the total output heat output of the PTC heating coil is controlled by the fact that the individual PTC heating modules are each supplied with a pulsed pulsed current. The ratio of the time that the PTC heating module is energized relative to the total time determines the power that the respective heating module outputs. The total output of heating power of the PTC heating register results from the sum of the output power of the individual PTC heating modules. In order to be able to operate such a known PTC heating coil, an elaborate electronic control system is required to provide the pulsed currents.

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein PTC-Heizregister eingangs genannter Art zu schaffen, das mit einer einfachen Steuervorrichtung verwendet werden kann, um eine möglichst optimale Heizleistungsabgabe, angepasst an eine Generatorauslastung, zu erzeugen.Of the Invention is the technical object of a PTC heating coil to create the aforementioned type, with a simple control device can be used to one as possible optimal heat output, adapted to a generator utilization, to create.

Die Technische Aufgabe wird durch ein PTC-Heizregister eingangs genannter Art erfindungsgemäß gelöst, bei dem jedes Heizmodul einen Widerstandswert bei einer Referenztemperatur aufweist, der sich von den übrigen Widerstandswerten der übrigen Heizmodule unterscheidet. Eine asymmetrische Verteilung der Widerstandswerte ermöglicht somit durch eine geschickte gezielte Beaufschlagung der einzelnen Heizmodule eine optimal angepasste Heizleistungsabgabe des PTC-Heizregisters. Die Widerstandswerte der einzelnen Heizmodule müssen jeweils bei einer Referenztemperatur bestimmt werden, da sich die Widerstandswerte von PTC-Widerständen in Abhängigkeit von der Temperatur stark verändern. Als Referenztemperatur wird vorzugsweise die Raumtemperatur gewählt. Sich von einander unterscheidende Widerstandswerte im Sinne der Erfindung liegen vor, wenn die Unterschiede größer als die bei einer normalen Fertigung von Heizmodulen auftretenden Schwankungen sind.The Technical task is mentioned by a PTC heater at the outset Art solved according to the invention, at Each heating module has a resistance value at a reference temperature which stands out from the rest Resistance values of the rest Heating modules is different. An asymmetric distribution of resistance values allows thus by a skillful targeted admission of the individual Heating modules optimally adapted heating power output of the PTC heating register. The resistance values of the individual heating modules must each be at a reference temperature can be determined, since the resistance values of PTC resistors in dependence vary greatly from the temperature. The reference temperature is preferably the room temperature. Yourself mutually different resistance values in the sense of the invention are present if the differences are greater than those of a normal Manufacture of heating modules occurring fluctuations.

Ein bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Widerstandswerte der Heizmodule bei der Referenztemperatur so abgestimmt sind, dass durch eine gezielte Beaufschlagung einzelner oder aller der Heizmodule mit der Versorgungsspannung eine Heizleistung des PTC-Heizregisters bei der Referenztemperatur in im Wesentlichen gleich großen Schritten einer maximalen Gesamtheizleistung des PTC-Heizregisters bei der Referenztemperatur wählbar ist. Ein solches Heizregister ermöglicht eine besonders gute Anpassung der Heizleistung an eine Generatorauslastung oder andere Heizleistungsregelung.One preferred embodiment The invention provides that the resistance values of the heating modules at the reference temperature are adjusted so that by a targeted Supplying individual or all of the heating modules with the supply voltage a heating power of the PTC heater at the reference temperature in essentially the same size Steps for a maximum total heat output of the PTC heater selectable at the reference temperature is. Such a heater allows a particularly good Adjustment of the heating power to a generator load or other Heating control.

Eine besonders gleichmäßige schrittweise wählbare Heizleistung des PTC-Heizregisters erhält man bei einem PTC-Heizregister, bei dem die Widerstandswerte der Heizmodule bei der Referenztemperatur so abgestimmt sind, dass durch die gezielte Beaufschlagung einzelner oder aller der Heizmodule mit der Versorgungsspannung eine Heizleistung bei der Referenztemperatur erzielbar ist, die einem ganzzahligen Vielfachen der maximalen Gesamtheitsleistung des PTC-Heizregisters bei der Referenztemperatur geteilt durch (n2 + n)/2 entspricht. Ordnet man den Heizmodule einen Index i mit i = 1, ... n, zu, so ergibt sich, dass die Heizleistungen Wi proportional zu 2i/(n2 + n) sind, wenn dem Heizmodul, welches die geringste Heizleistung bei einer Beaufschlagung mit der Versorgungsspannung abgibt, der Index 1 zugewiesen wird. Für die Widerstandswerte Ri gilt, Ri = R0·(n2 + n)/2i, wobei R0 ein Basiswiderstand ist, der durch die (gewünschte) Gesamtheizleistung des PTC-Heizregisters und die Versorgungsspannung festgelegt ist.A particularly uniform step-by-step selectable heating power of the PTC heating register is obtained with a PTC heating coil in which the resistance values of the heating modules at the reference temperature are tuned so that a heating power at the reference temperature can be achieved by the targeted admission of individual or all of the heating modules with the supply voltage is equal to an integer multiple of the maximum total power of the PTC heater at the reference temperature divided by (n 2 + n) / 2. If one arranges the heating modules an index i with i = 1, ..., n, too, so it follows that the heating power W is proportional to i 2 i / (n 2 + n), when the heating module, which is the lowest heating power at a Supply with the supply voltage assigned to index 1. For the resistance values R i , R i = R 0 * (n 2 + n) / 2i, where R 0 is a base resistance determined by the (desired) total heater power of the PTC heater and the supply voltage.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die PTC-Widerstände PTC-Steine. Die PTC-Steine sind Keramikbauteile, deren elektrische Widerstände einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen und besonders geeignet sind, um als PTC-Widerstandselemente für eine Zuheizung in Heizungs- und Klimaanlagen von Fahrzeugen eingesetzt zu werden.at a particularly preferred embodiment In accordance with the invention, the PTC resistors comprise PTC bricks. The PTC stones are ceramic components whose electrical resistances have a positive temperature coefficient and are particularly suitable for use as PTC resistor elements for one Heating used in heating and air conditioning systems of vehicles to become.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erhält man, wenn die PTC-Steine der PTC-Widerstände im Wesentlichen identische physikalische Eigenschaften aufweisen. Um die oben erwähnte gewünschte Widerstandsanpassung der einzelnen Heizmodule zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die PTC-Widerstände bzw. die PTC-Steine so ausgewählt werden, dass sie zueinander passen. Dies bedeutet, dass Herstellungsvariationen durch eine Selektion der einzelnen PTC-Steine eliminiert werden und aneinander angepasste PTC-Steine verwendet werden, um die gewünschten Widerstandswerte der Heizmodule zu erhalten.A particularly preferred embodiment of the invention is obtained when the PTC blocks of the PTC resistors have substantially identical physical properties. In order to achieve the above-mentioned desired resistance matching of the individual heating modules, it is advantageous if the PTC resistors or the PTC bricks are selected such that they match one another. This means that manufacturing variations are eliminated by a selection of the individual PTC stones and together adapted PTC bricks are used to obtain the desired resistance values of the heating modules.

Das PTC-Heizregister kann verwendet werden, um eine Zuheizvorrichtung zu erhalten. Eine bevorzugte erfindungsgemäße Zuheizvorrichtung umfasst ein erfindungsgemäßes PTC-Heizregister, ein Steuergerät und n Schaltvorrichtungen, wobei jede der Schaltvorrichtungen mit einem der n Heizmodule verbunden ist, um die gezielte Beaufschlagung des entsprechenden Heizmoduls mit der Versorgungsspannung bewirken zu können, wobei das Steuergerät einen Eingang zum Empfangen eines Regelsignals umfasst, und die Schaltvorrichtungen mittels des Steuergeräts schaltbar sind, um eine an das empfangene Regelsignal angepasste Heizleistung des Heizregisters auswählen zu können. Eine solche erfindungsgemäße Zuheizvorrichtung kann ein einfaches Steuergerät verwenden, um beispielsweise aus einem so genannten DF-Signal, welches ein pulsweitenmoduliertes Signal ist und eine Information über die Generatorauslastung umfasst, zu nutzen, um wiederum die Heizleistung des Heiz registers zu regeln. Entspricht die zeitgemittelte Spannung des pulsweitenmodulierten DF-Signals einem Minimalwert, so ist die Generatorauslastung minimal, d.h. das Heizregister kann mit seiner maximalen Gesamtheizleistung betrieben werden. Steigt die gemittelte Spannung des DF-Signals, so zeigt dies eine ansteigende Auslastung der Generatorleistung an. Erreicht die gemittelte Spannung einen Maximalwert, so ist der Generator vollständig ausgelastet, so dass ein Teil des Heizregisters rückgefahren werden muss. Dies geschieht schrittweise, indem einzelne Heizmodule abgeschaltet werden. Bei einem PTC-Heizregister mit vier Heizmodulen kann die Heizleistung in 10-%-Schritten der Gesamtheitsleistung des PTC-Heizregisters variiert werden, wenn das PTC-Heizregister optimal ausgelegt ist. Sinkt die gemittelte Spannung des Regelsignals (DF-Signal), so kann die Heizleistung des PTC-Heizregisters wie gewünscht erhöht werden. Selbstverständlich kann die Heizleistung des PTC-Heizregisters über das Steuergerät auch bei ausreichender Generatorleistung abgeregelt werden, sofern die benötigte Heizleistung zum Heizen geringer als die maximale Gesamtheizleistung des PTC-Heizregisters ist.The PTC heater can be used to add a heater to obtain. A preferred auxiliary heating device according to the invention comprises a PTC heating coil according to the invention, a control unit and n switching devices, wherein each of the switching devices with one of the n heating modules is connected to the targeted admission cause the corresponding heating module with the supply voltage to be able to being the control unit an input for receiving a control signal, and the Switching devices are switchable by means of the control unit to a adapted to the received control signal heating power of the heating register choose to be able to. Such Zuheizvorrichtung invention can be a simple controller use, for example, a so-called DF signal, which is a pulse width modulated signal and information about the Generator utilization includes, to use, in turn, the heating power to regulate the heating register. Corresponds to the time averaged voltage the pulse width modulated DF signal a minimum value, the generator utilization is minimal, i. the heater can operate at its maximum total heat output become. If the average voltage of the DF signal rises, it shows this is an increasing utilization of generator power. Reached the average voltage is a maximum value, so is the generator Completely busy, so that a part of the heating register retracted must become. This is done gradually by adding individual heating modules be switched off. For a PTC heating coil with four heating modules can heat output in 10% increments of total output of the PTC heater can be varied when the PTC heater optimally designed. Decreases the average voltage of the control signal (DF signal), the heating power of the PTC heating coil can be increased as desired. Of course The heating power of the PTC heating register via the control unit, even with sufficient Generator power are limited, provided the required heating power for heating, less than the maximum total heating power of the PTC heater is.

Um ein häufiges Schalten bei einer Grenzbelastung des Generators zu vermeiden, umfasst das Steuergerät bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform eine Hystereseschaltung.Around a common one Switching at a load limit of the generator to avoid includes the control unit in a particularly preferred embodiment, a hysteresis circuit.

Die Schaltvorrichtung umfassen vorzugsweise Relais und/oder MOSFET-Schaltkreise. Diese sind besonders geeignet, hohe Ströme, die durch die einzelnen Heizmodule fließen, zuverlässig und sicher zu schalten.The Switching devices preferably comprise relays and / or MOSFET circuits. These are particularly suitable for high currents passing through the individual Heating modules flow, reliable and switch safely.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment explained in more detail with reference to a drawing. Hereby shows:

1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Zuheizvorrichtung. 1 a schematic representation of a preferred embodiment of a Zuheizvorrichtung.

In 1 ist eine Zuheizvorrichtung ZHV schematisch dargestellt. Die Zuheizvorrichtung ZHV umfasst ein PTC-Heizregister HR. Das PTC-Heizregister HR umfasst Heizmodule H1, H2, H3, H4. Die Heizmodule Hi weisen jeweils mindestens einen PTC-Widerstand Pi,j auf. Die PTC-Widerstände Pi,j umfassen jeweils mindestens einen so genannten PTC-Stein. Vorteilhafterweise weisen die PTC-Steine im Wesentlichen identische physikalische Eigenschaften auf. Dies bedeutet, dass die einzelnen PTC-Steine entsprechend ihrer physikalischen, insbesondere elektrischen, Eigenschaften selektiert sind. Ein einzelner PTC-Stein mit Abmessungen 10 mm × 5 mm × 5 mm liefert bei einer typischen Spannung, die in einem Bordnetz eines Personenkraftfahrzeuges verwendet wird, eine Leistung von etwa 70 W. Innerhalb der Heizmodule Hi können die einzelnen PTC-Widerstände Pi,j elektrisch parallel oder in Reihe mit einander verbunden sein. Sind die einzelnen PTC-Widerstände Pi,j als PTC-Steine ausgebildet und innerhalb der einzelnen Heizmodule Hi jeweils elektrisch parallel verbunden, so wird die von dem jeweiligen Heizmodul Hi erzeugte Leistung bei einer Beaufschlagung mit einer Versorgungsspannung UB durch die Anzahl der PTC-Steine bestimmt.In 1 is a Zuheizvorrichtung ZHV shown schematically. The auxiliary heater ZHV comprises a PTC heating register HR. The PTC heating register HR comprises heating modules H 1 , H 2 , H 3 , H 4 . The heating modules H i each have at least one PTC resistor P i, j . The PTC resistors P i, j each comprise at least one so-called PTC stone. Advantageously, the PTC bricks have substantially identical physical properties. This means that the individual PTC bricks are selected according to their physical, in particular electrical, properties. A single PTC brick with dimensions of 10 mm × 5 mm × 5 mm provides a power of approximately 70 W in the case of a typical voltage used in a vehicle electrical system. Within the heating modules H i , the individual PTC resistors P i , j electrically connected in parallel or in series with each other. If the individual PTC resistors P i, j as a PTC stones formed and each electrically connected in parallel within the individual heating modules H i, so that H i power generated by each heating module when a load with a supply voltage U B is the number of PTC stones determined.

Die Beaufschlagung der einzelnen Heizmodule Hi des PTC-Heizregisters HR erfolgt über Schaltvorrichtungen SVi. Die Schaltvorrichtungen SVi sind als Relais ausgebildet. Alternativ können die Schaltvorrichtungen SVi auch anders ausgeführt sein, beispielsweise als MOSFET-Schaltkreise. insgesamt ist die Stromzuführung für das gesamte PTC-Heizregister HR über eine Sicherung SI abgesichert. Die Schaltvorrichtungen SVi können einzeln über ein Steuergerät SG betätigt werden. Hierzu sind die Schaltvorrichtungen SVi jeweils mit einer Steuerleitung SLi mit dem Steuergerät SG verbunden. Das Steuergerät SG verfügt über einen Eingang E, an dem ein Regelsignal DF empfangen wird. Das Regelsignal DF umfasst eine Information über die Auslastung des Bordnetzes bzw. eines Generators eines Fahrzeugs. Die Heizleistung des PTC-Heizregisters HR wird in Abhängigkeit von dem Regelsignal DF gesteuert, indem die Schaltvorrichtungen SVi betätigt werden, um die einzelnen Heizmodule Hi mit der Versorgungsspannung UB zu beaufschlagen oder nicht. Das Steuergerät SG kann ein weiteres Steuersignal (nicht dargestellt) empfangen, welches zur Regelung einer Heizleistung W des PTC-Heizregisters HR alternativ oder zusätzlich verwendet wird.The loading of the individual heating modules H i of the PTC heating register HR via switching devices SV i . The switching devices SV i are designed as relays. Alternatively, the switching devices SV i can also be designed differently, for example as MOSFET circuits. Overall, the power supply for the entire PTC heater HR is protected by a fuse SI. The switching devices SV i can be operated individually via a control unit SG. For this purpose, the switching devices SV i are each connected to a control line SL i with the control unit SG. The control unit SG has an input E at which a control signal DF is received. The control signal DF comprises information about the utilization of the electrical system or a generator of a vehicle. The heating power of the PTC heating register HR is controlled in response to the control signal DF by the switching devices SV i are operated to supply the individual heating modules H i with the supply voltage UB or not. The control unit SG can receive a further control signal (not shown), which is used alternatively or additionally for controlling a heating power W of the PTC heating register HR.

Die Heizmodule Hi weisen jeweils einen Widerstandswert Ri auf. Die Widerstandswerte der einzelnen Heizmodule Hi sind so abgestimmt, dass eine optimale Abstufung der Heizleistung W des PTC-Heizregisters möglich ist. Die Widerstandswerte Ri der Heizmodule Hi werden so gewählt, dass sich die Heizleistungen Wi der einzelnen Heizmodule Hi jeweils um einen festen Differenzbetrag ΔW voneinander unterscheiden, dieser Differenzbetrag ΔW entspricht der maximalen Gesamtheitsleistung Wmax des PTC-Heizregisters HR geteilt durch (n2 + n)/2, d. h.: ΔW = Wmax·2/(n2 + 4n), wobei n die Anzahl der Heizmodule Hi angibt. Die Widerstände der einzelnen Heizmodule Hi sind somit jeweils proportional zu dem Kehrwert der Heizleistung Wi des Heizmoduls Hi. Die Heizleistungen müssen jeweils bei einer Referenztemperatur TR ermittelt werden, da die PTC-Steine eine starke Abhängigkeit ihrer elektrischen Eigenschaften von der Temperatur aufweisen. Als Referenztemperatur TR wird in der Regel die Raumtemperatur gewählt. Ein optimales PTC-Heizregister HR mit vier Heizmodulen Hi i = 1, ..., 4 erhält man, indem man jedes Heizregister Hi entsprechend mit i PTC-Steinen als PTC-Widerstände Pi,j j = 1, ..., i bestückt. Dies bedeutet, dass das Heizregister H1 einen PTC-Stein als PTC-Widerstand P1,1 umfasst. Das Heizmodul H4 umfasst vier PTC-Widerstände P4,1, ..., P4,4. In Tabelle i sind die relativen Widerstandswerte R rel / i sowie die relativen Heizleis tungen W rel / i der einzelnen Heizmodule Hi zusammengefasst. Hierbei ist jeweils dem relativen Widerstandswert R rel / i und der relativen Heizleistung W rel / l der Wert 1 zugewiesen. Tabelle 1

Figure 00070001
The heating modules H i each have a resistance value R i . The resistance values of the individual heating modules H i are adjusted so that an optimum gradation of the heating power W of the PTC heating register is possible. The resistance values R i of the heating modules H i are chosen such that the heating powers W i of the individual heating modules H i differ from each other by a fixed difference ΔW, this difference ΔW corresponds to the maximum total power W max of the PTC heating register HR divided by (n 2 + n) / 2, ie: ΔW = W max * 2 / (n 2 + 4n), where n indicates the number of heating modules H i . The resistances of the individual heating modules H i are thus in each case proportional to the reciprocal of the heating power W i of the heating module H i . The heating powers must be determined in each case at a reference temperature T R , since the PTC bricks have a strong dependence of their electrical properties on the temperature. As reference temperature T R , the room temperature is usually selected. An optimum PTC heating register HR with four heating modules H i i = 1,..., 4 is obtained by connecting each heating coil H i in accordance with i PTC bricks as PTC resistors P i, j j = 1, ... , i stocked. This means that the heating register H 1 comprises a PTC stone as PTC resistor P 1,1 . The heating module H 4 comprises four PTC resistors P 4.1 ,..., P4.4 . Table i summarizes the relative resistance values R rel / i and the relative heating powers W rel / i of the individual heating modules H i . In each case, the value 1 is assigned to the relative resistance R rel / i and the relative heating power W rel / l. Table 1
Figure 00070001

Wie aus zweiten Spalte der Tabelle 1 leicht ersichtlich ist, erhält man die dort angegebenen relativen Widerstände, indem man für die PTC-Widerstände Pi,j identische PTC-Steine verwendet und in den einzelnen Heizmodulen Hi die PTC-Widerstände Pi,j jeweils elektrisch parallel miteinander verbindet.As can be easily seen from the second column of Table 1, the relative resistances given there are obtained by using identical PTC blocks for the PTC resistors P i, j and in the individual heating modules H i the PTC resistors P i, j each electrically connected in parallel.

In Tabelle 2 sind die einzelnen Schalterstellungen der Schaltvorrichtungen SVi angegeben, um die unterschiedlichen Heizleistungen W des Heizregisters bei der Referenztemperatur TR zu erhalten. in den Spalten 1 bis 4 ist jeweils der Schaltzustand der Schaltvorrichtungen SVi angegeben. Hierbei bedeutet eine 1, dass die Schaltvorrichtung SVi geschlossen ist, so dass das zugehörige Heizmodul Hi mit der Versorgungsspannung UB beaufschlagt ist. In der 5. Spalte ist die jeweils resultierende Heizleistung W des PTC-Heizregisters HR in Prozent bezogen auf die Gesamtheizleistung Wmax des PTC-Heizregisters HR angegeben. Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, lässt sich mit einem PTC-Heizregister HR mit vier Heizmodulen Hi eine Abstufung der Heizleistung W in 10-%-Stufen der Gesamtheizleistung Wmax des PTC-Heizregisters HR variieren. Einige Heizleistungen W lassen sich durch ein Betreiben unterschiedlicher Kombinationen der Heizmodule Hi erreichen. Für eine der Alternativen sind jeweils die die Schaltzustände der Schaltvorrichtungen SVi angebenden Ziffern eingeklammert. Bei einem PTC-Heizregister HR mit drei Heizmodulen Hi lässt sich eine Abstufung in 1/6-tel Schritten der Gesamtheizleistung Wmax des PTC-Heizregisters HR erreichen. Bei einem PTC-Heizregister HR mit fünf Heizmodulen Hi ist eine Abstufung in 1/15-tel Schritten der Gesamtheizleistung Wmax möglich. Allgemein gilt, dass für ein PTC-Heizregister mit n Heizmodulen eine Abstufung in 2/(n2 + n)-tel Schritten der Gesamtheizleistung Wmax des PTC-Heizregisters HR erreichbar ist. Tabelle 2

Figure 00080001
Table 2 shows the individual switch positions of the switching devices SV i in order to obtain the different heating powers W of the heating register at the reference temperature T R. in columns 1 to 4, the switching state of the switching devices SV i is indicated in each case. Here, a 1 means that the switching device SV i is closed, so that the associated heating module H i is supplied with the supply voltage U B. In the fifth column, the respective resulting heating power W of the PTC heating register HR is given in percent relative to the total heating power W max of the PTC heating register HR. As can be seen from the table, can be repeated with a PTC heating register with four heating modules HR H i a gradation of the heating power W in 10 -% - stages of the total heating power W max of the PTC heating register HR vary. Some heating powers W can be achieved by operating different combinations of the heating modules H i . For one of the alternatives, in each case the numbers indicating the switching states of the switching devices SV i are bracketed. In the case of a PTC heating register HR with three heating modules H i , gradation can be achieved in 1 / 6th steps of the total heating power W max of the PTC heating register HR. In the case of a PTC heating register HR with five heating modules H i , graduation in 1 / 15th of a steps of the total heating power W max is possible. In general, for a PTC heating register with n heating modules, a grading in 2 / (n 2 + n) -tel steps of the total heating power W max of the PTC heating register HR can be achieved. Table 2
Figure 00080001

Die Anordnung der einzelnen Heizmodule Hi in dem PTC-Heizregister HR kann den jeweiligen Erfordernissen angepasst gewählt werden. Um ein ständiges Zuschalten und Abschalten einzelner Heizmodule Hi zu verhindern, wenn sich die Generatorauslastung an einer Schaltschwelle befindet, umfasst das Steuergerät SG eine Hystereseschaltung HY.The arrangement of the individual heating modules H i in the PTC heating register HR can be selected adapted to the respective requirements. In order to prevent a permanent connection and disconnection of individual heating modules H i when the generator utilization is at a switching threshold, the control unit SG comprises a hysteresis circuit HY.

Claims (8)

PTC-Heizregister (HR) mit n getrennt voneinander mit einer Versorgungsspannung (UB) beaufschlagbaren Heizmodulen (Hi), wobei jedes Heizmodul (Hi) einen PTC-Widerstand (Pi,j) oder mehrere in Reihe und/oder parallel geschaltete PTC-Widerstände (Pi,j) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Heizmodul (Hi) einen Widerstandswert Ri bei einer Referenztemperatur (TR) aufweist, der sich von den übrigen Widerstandswerten Ri der übrigen Heizmodule (Hi) unterscheidet.PTC heating register (HR) with n separately from each other with a supply voltage (U B ) acted upon heating modules (H i ), each heating module (H i ) a PTC resistor (P i, j ) or more in series and / or connected in parallel PTC resistors (P i, j ), characterized in that each heating module (H i ) has a resistance value R i at a reference temperature (T R ) which differs from the other resistance values R i of the other heating modules (H i ) , PTC-Heizregister (HR) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandswerte Ri der Heizmodule (Hi) bei der Referenztemperatur (TR) so abgestimmt sind, dass durch eine gezielte Beaufschlagung einzelner oder aller der Heizmodule (Hi) mit der Versorgungsspannung (UB) eine Heizleistung W des PTC-Heizregisters (HR) bei der Referenztemperatur (TR) in im Wesentlichen gleich großen Schritten einer maximalen Gesamtheizleistung Wmax des PTC-Heizregisters (HR) bei der Referenztemperatur (TR) wählbar ist.PTC heating register (HR) according to claim 1, characterized in that the resistance values R i of the heating modules (H i ) at the reference temperature (T R ) are tuned so that by a targeted admission of individual or all of the heating modules (H i ) the supply voltage (U B ) a heating power W of the PTC heating register (HR) at the reference temperature (T R ) in substantially equal steps ma ximalen total heat output W max of the PTC heating register (HR) at the reference temperature (T R ) is selectable. PTC-Heizregister (HR) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandswerte Ri der Heizmodule (Hi) bei der Referenztemperatur (TR) so abgestimmt sind, dass durch die gezielte Beaufschlagung einzelner oder aller der Heizmodule (Hi) mit der Versorgungsspannung (UB) die Heizleistung W bei der Referenztemperatur (TR) erzielbar ist, die einem ganzzahligen Vielfachen der maximale Gesamtheizleistung Wmax des PTC-Heizregisters (HR) bei der Referenztemperatur (TR) geteilt durch (n2 + n)/2 entspricht.PTC heating register (HR) according to claim 1 or 2, characterized in that the resistance values R i of the heating modules (H i ) at the reference temperature (T R ) are tuned so that the targeted application of individual or all of the heating modules (H i ) (with the supply voltage U B), the heating power W (at the reference temperature T R) is achieved, corresponding to an integer multiple of the maximum total heating power W max of the PTC heating register (HR) divided by (n 2 + at the reference temperature (T R) n) / 2 corresponds. PTC-Heizregister (HR) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PTC-Widerstände (Pi,j) PTC-Steine umfassen.PTC heating register (HR) according to one of the preceding claims, characterized in that the PTC resistors (P i, j ) comprise PTC stones. PTC-Heizregister (HR) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PTC-Steine der PTC-Widerstände (Pi,j) im Wesentlichen identische physikalische Eigenschaften aufweisen.PTC heating register (HR) according to one of the preceding claims, characterized in that the PTC stones of the PTC resistors (P i, j ) have substantially identical physical properties. Zuheizvorrichtung (ZHV) umfassend ein PTC-Heizregister (HR) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ein Steuergerät (SG) und n Schaltvorrichtungen (SVi), wobei jede der Schaltvorrichtungen (SVi) mit einem der n Heizmodule (Hi) verbunden ist, um die gezielte Beaufschlagung des entsprechenden Heizmoduls (Hi) mit der Versorgungsspannung (UB) bewirken zu können, wobei das Steuergerät (SG) einen Eingang (E) zum Empfangen eines Regelsignals (DF) umfasst, und die Schaltvorrichtungen (SVi) mittels des Steuergeräts (SG) schaltbar sind, um eine an das empfangene Regelsignal (DF) angepasste Heizleistung W des PTC-Heizregisters (HR) auswählen zu können.Auxiliary heating device (ZHV) comprising a PTC heating register (HR) according to one of claims 1 to 5, a control device (SG) and n switching devices (SV i ), each of the switching devices (SV i ) being connected to one of the n heating modules (H i ) is connected to the targeted application of the corresponding heating module (H i ) to the supply voltage (U B ) to effect, wherein the control device (SG) has an input (E) for receiving a control signal (DF), and the switching devices (SV i ) by means of the control device (SG) are switchable to select a matched to the received control signal (DF) heating power W of the PTC heating register (HR) can. Zuheizvorrichtung (ZHV) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (SG) eine Hystereseschaltung (HY) umfasst.Zuheizvorrichtung (ZHV) according to claim 6, characterized in that the control unit (SG) has a hysteresis circuit (HY). Zuheizvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtungen (SVi) Relais und/oder MOSFET-Schaltkreise umfassen.Zuheizvorrichtung according to claim 6 or 7, characterized in that the switching devices (SV i ) comprise relays and / or MOSFET circuits.
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