DE102008056757A1

DE102008056757A1 - Elektrisches Zusatzheizsystem für ein Fahrzeug und Verfahren

Info

Publication number: DE102008056757A1
Application number: DE102008056757A
Authority: DE
Inventors: Duck Chae Sungnam Jun; Tae Soo Asan Sung
Original assignee: KB Autotech Co Ltd
Current assignee: KB Autotech Co Ltd
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2009-06-18
Also published as: KR100894008B1; CN101434184B; CN101434184A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Zusatzheizsystem für ein Fahrzeug und sein Verfahren. Die Vorrichtung besteht aus Schaltungs-, Heiz-, Stromdetektions- und Steuereinheiten. Die mit einem oder mehreren Schaltmitteln versehene Schalteinheit ist dafür vorgesehen, dass sich - dem PWM- (Pulse Width Modulation) -Signal entsprechend - die Spannung der Batterie umschalten lässt. Die jeweils an die Stromquelle des Schaltelements angeschlossenen Heizeinrichtungen sind mit einem oder mehreren Heizmitteln versehen und die an das Heizmittel angeschlossene Stromdetektionseinheit erfasst wiederum den Strom in der Heizeinrichtung. In der Steuereinheit werden nach dem Empfang eines Wertes über die Batteriespannung die Daten mit der Bezugsspannung verglichen, anschließend wird der mit der Batteriespannung übereinstimmende Heizstrom als Sollwert eingestellt, wenn die oben angegebene Spannung niedriger als die oben erwähnte Bezugsspannung sein sollte. Im umgekehrten Fall wird der maximale Heizstrom als Sollwert eingestellt. Infolgedessen wird das PWM-Signal des PWM-Tastverhältnisses dem oben eingestellten Sollwert entsprechend erzeugt und damit das Schaltmittel aktiviert. In der Steuereinheit wird das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals entsprechend der tatsächlichen Istleistung, der in der Stromdetektionseinheit erfasst und berechnet wird, nach dem oben genannten Sollwert moduliert. Das System erzielt hiermit das Ergebnis, dass die Belastung der Autobatterie mittels der ...

Description

Diese Erfindung betrifft ein elektrisches Zusatzheizsystem für ein Fahrzeug bzw. dessen Verfahren. Im Allgemeinen dient die elektrische Heizeinheit in Fahrzeugen zum Heizen des Innenraumes und Vorheizen des Kühlwassers in einem mit einem Wasserkühler ausgestatteten Motor bzw. zum Erwärmen des Treibstoffs.
Die elektrische Heizeinheit, bei der es sich um eine PTC-(Positive Temperature Coefficient)-Heizung handelt, wird entweder als Hilfsmittel für Heizgeräte in der Klimaanlage oder eigenständig als Heizung verwendet, die aus einem oder mehr Heizmitteln zusammengesetzt sein kann.
1 zeigt eine Zeichnung des mit Hilfe konventioneller Technik konzipierten elektrischen Zusatzheizsystems.
Gemäß 1 lässt es der Mikroprozessor (16) zu, in dem elektrischen Zusatzheizsystem der Fahrzeuge (10) ein Steuersignal zu senden.
Entsprechend dem Heizleistungswert der durch die Leistungstransistoren (11) voreingestellten PTC-Heizung (17) wird das Steuersignal von den Leistungstransistoren (11) aktiviert.
Demzufolge ermöglichen die Leistungstransistoren (11) per Steuersignal des Mikroprozessors (16) der PTC-Heizung (17) den erforderlichen Strom mittels des PWM-Signals.
Hierbei steigt die Temperatur aufgrund der erzeugten Heizleistung, die in der PTC-Heizung (17) von dem nach dem PWM-Signal (Pulsweitenmodulation-Signal) in den Leistungstransistoren (11) erzeugten Strom voreingestellt worden war.
Der Mikroprozessor (16) kann nämlich die PTC-Heizung (17) steuern, um mit Hilfe der Leistungstransistoren (11) des Leistungshalbleiterelements eine Heizleistung von z. B. 1000 bzw. 2000 W in der PTC-Heizung (17) zu erzeugen.
Bei der elektrischen Heizeinheit der konventionellen Autotechnik kann der elektrische Stromsollwert hinsichtlich der wechselhaften äußeren Bedingungen, z. B. Betätigung des Autoradios, des Heckscheibenwischers und der Innenbeleuchtungen sowie des Frontscheinwerfers in PTC-Heizungen nicht erzeugt werden. Außerdem kann das elektrische Zusatzheizsystem bzw. die PTC-Heizung dadurch außer Funktion gesetzt werden, dass deren Temperatur auf Grund übermäßigen Stromverbrauchs oder eines anderweitig erhöhten Stroms steigt.
Aufgabenstellung
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die Belastung der Autobatterie durch die Senkung des Stromsollwerts in der PTC-Heizung zu reduzieren, wenn die Batteriespannung bei höherer Belastung der Batterie sehr schwach ist, und, dass mittels des Sollwerts geheizt werden kann, sofern die Ausgangsleistung der Batterie ausreichend ist.
Aufgabenlösung
Die Aufgabenlösung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Istleistung gemäß dem elektrischen Stromwert der PTC-Heizung berechnet und durch das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals so moduliert wird, dass der benötigte Strom in den Sollwert des Versorgungsstroms der Batterie umgewandelt wird.
Wirkung
Die vorliegende Erfindung erzielt die Wirkung, dass die Belastung der Autobatterie durch Senken des Stromsollwerts in der PTC-Heizung reduziert wird, wenn die Batteriespannung bei höherer Belastung der Batterie sehr schwach ist, und, dass mittels des Sollwerts geheizt werden kann, sofern die Ausgangsleistung der Batterie ausreichend ist.
Darüber hinaus kann das System mit Hilfe des Stroms der PTC-Heizung die Istleistung in der PTC-Heizung berechnen und die korrekte Istleistung der PTC-Heizung steuern, sodass sich die Istleistung dem Sollwert nähert.
Die vorliegende Erfindung umfasst Schalt-, Heiz-, Stromdetektions- und Steuereinheiten. Die Schalteinheit besitzt ein oder mehrere Schaltmittel und schaltet je nach PWM-Signal die Spannung der Batterie um. Der Heizungsteil ist jeweils an die Stromquelle des Schaltmittels angeschlossen und besteht aus einem oder mehreren Heizmitteln. Die an dieses Heizmittel angeschlossene Stromdetektionseinheit erfasst den Strom in der Heizeinheit. In der Steuereinheit werden zunächst Daten über die Batteriespannung empfangen und mit der Bezugsspannung verglichen. Anschließend wird der der Batteriespannung entsprechende Heizstrom als Sollwert eingestellt, falls die Spannung niedriger als die Bezugsspannung sein sollte. Im umgekehrten Fall wird der maximale Heizstrom als Sollwert eingestellt. Demzufolge wird das PWM-Signal vom PWM-Tastverhältnis dem oben eingestellten Sollwert entsprechend erzeugt und damit wird das Schaltmittel aktiviert. In der Steuereinheit wird das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals entsprechend der tatsächlichen Istleistung, die in der Sensoreinrichtung erfasst und berechnet wird, je nach dem oben genannten Sollwert moduliert. In der Erfindung dienen ein oder mehrere MOSFETs als Schaltmittel. Der Gate-Anschluss des ersten MOSFET bis N-ten MOSFET (N ist eine natürliche Zahl) wird an die Steuereinheit und der Drain-Anschluss an die Stromquelle sowie der Source-Anschluss an das Heizmittel angeschlossen.
Außerdem besteht das Schaltmittel bei dieser Erfindung aus einem oder mehreren Transistoren, wobei jeweils deren Basis-Anschluss des ersten bis N-ten Transistors (N ist eine natürliche Zahl) an die Steuereinheit, der Kollektor-Anschluss an die Stromquelle der Batterie und der Emitter-Anschluss an das Heizmittel angeschlossen werden.
Das System besitzt auch noch eine Kommunikationseinrichtung, über die die oben genannten Daten über die Batteriespannung empfangen und gesendet werden.
In dieser Kommunikationseinrichtung der Erfindung wird entweder RS-232 oder RS-422, USB (Universal Serial Bus) oder IEEE1394 bzw. CAN (Controller Area Network) als Übertragungsweg ausgewählt. Die angegebenen Kürzel sind auch als FireWire oder als i. Link bekannt und bezeichnen dem Fachmann bekannte Datenübertragungssysteme.
Überdies beinhaltet die Steuereinheit auch ein Übertragungsmittel, das die oben genannten Daten über die Spannung empfängt.
Außerdem kann die Steuereinheit dieser Erfindung das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals jeweils reduzieren bzw. erhöhen, je nachdem, ob der berechnete Strom höher bzw. niedriger als der Sollwert ist.
Die Steuereinheit kann auch ein bzw. mehrere Umschaltmittel des PWM-Signals einzeln aktivieren.
Die einteilig aufgebaute Stromdetektionseinheit wird an ein bzw. mehrere Heizmittel angeschlossen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist unterteilt in folgende vier Schritte:
Im ersten Schritt werden Daten über die Batteriespannung empfangen und mit der Bezugsspannung verglichen. Im zweiten Schritt wird der Heizstrom als Sollwert eingestellt. Sollte die empfangene Spannung niedriger als die Bezugsspannung sein, wird der Heizstrom, der dieser Batteriespannung entspricht, als Sollwert bestimmt, anderenfalls wird der maximale Heizstrom als Nennstrom eingestellt. Im dritten Schritt wird das PWM-Signal mittels des dem eingestellten Sollwert entsprechenden PWM-Tastverhältnisses erzeugt und die Schalteinheit wird damit aktiviert. Im vierten Schritt wird das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals nach der aus dem tatsächlichen Verbrauch berechneten Istleistung und dem oben genannten Sollwert moduliert.
Bei der Modulierung des PWM-Tastverhältnisses des PWM-Signals wird dieses PWM-Tastverhältnis jeweils reduziert bzw. erhöht, falls die zuvor berechnete Verbrauchsstrommenge größer bzw. kleiner als die Nennstrommenge ist.
Bei der Übertragung zur Schalteinheit wird das PWM-Signal des PWM-Tastverhältnisses für ein bzw. mehrere Schaltmittel einzeln aktiviert.
Bei der Modulierung des PWM-Tastverhältnisses des PWM-Signals wird der in der Sensoreinrichtung erfasste Strom und Istleistung berechnet, der hinsichtlich der Batteriespannung in einem bzw. mehreren Heizmitteln der Heizeinheit tatsächlich verbraucht wird.
Im Folgenden wird diese Erfindung am Beispiel der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. In dem Fall, dass eine zu ausführliche Beschreibung über den Aufbau sowie die Funktionen der einzelnen Elemente ein klares Verständnis dieser Erfindung erschweren könnte, wird hierauf verzichtet.
Kurze Erläuterung der Zeichnungen
1 zeigt ein Blockdiagramm eines konventionellen automobiltechnischen elektrischen Zusatzheizsystems.
2 zeigt ein Blockdiagramm des elektrischen Zusatzheizsystems der vorgestellten Erfindung.
3 ist erfindungsgemäß ein Ablaufdiagramm zur Erklärung des elektrischen Zusatzheizsystems.
4a ist ein Diagramm, in dem der Verlauf des mit der Batteriespannung übereinstimmenden Sollwerts der PTC-Heizung erfindungsgemäß dargestellt ist.
4b ist ein Diagramm, in dem der Verlauf des mit der Batteriespannung übereinstimmenden Sollwerts der PTC-Heizung bezüglich eines anderen Beispiels erfindungsgemäß dargestellt ist.
5 ist ein Blockdiagramm der Schalteinheit, die aus dem 1. bis 3. Leistungstransistor erfindungsgemäß besteht.
In 2 ist ein Blockdiagramm der nach dieser Erfindung entworfenen elektrischen Heizeinheit der Fahrzeuge dargestellt.
Wie 2 zeigt, besteht die Heizeinheit der Fahrzeuge (200) aus der Kommunikationseinrichtung (204), der Schalteinheit (206), der PTC-Heizeinrichtung (214) und der Stromdetektionseinheit (222) sowie der Steuereinheit (224).
Die Kommunikationseinheit (204) kann wiederum aus einem RS-232, einem RS-422, einem USB (Universal Serial Bus) sowie einem IEEE 1394 oder einem CAN (Controller Area Network) bestehen. In diesem Teil werden Daten über die durch die Batteriestromquelle (300) aufgebaute Spannung empfangen und weiter an die Steuereinheit (224) gesendet.
In der Schalteinheit (206) befinden sich der 1. MOSFET (208), der 2. MOSFET (210) sowie der 3. MOSFET (212) des Leistungshalbleiterelements; die Drain-Anschlüsse (D) vom 1. MOSFET (208) bis 3. MOSFET (212) werden an die Stromquelle der Batterie (300), die Gate-Anschlüsse (G) an die Steuereinheit (224) und die Source-Anschlüsse (S) an eine Seite der PTC-Heizung (214) angeschlossen.
Andererseits bekommen der 1. MOSFET (208) bis der 3. MOSFET (212) mit Hilfe der Drain-Anschlüsse (D) durch die Stromquelle der Batterie (300) die Versorgung mit Batteriespannung, gleichzeitig wird das PWM-Signal der Steuereinheit (224) von den Gate-Anschlüssen (G) wahlweise aktiviert und erlaubt der PTC-Heizeinheit (214) mittels der Source-Anschlüsse (S) die Umschaltung der Spannung.
Wie sich in 5 zeigt, kann die Schalteinheit (206) aus dem 1. (208), dem 2. (210) und dem 3. Leistungstransistor (212) des Leistungshalbleiterelements bestehen und die Kollektor-Anschlüsse (C) des 1. (208) bis 3. (212) Leistungstransistors können an die Stromquelle (300), die Basis-Anschlüsse (B) an die Steuereinheit (224) und die Emitter-Elektroden (E) an eine Seite der PTC-Heizung (214) angeschlossen werden.
5 zeigt ein Blockdiagramm der Schalteinheit, die aus dem 1. bis 3. Leistungstransistor besteht.
Die 1. (208) bis 3. Transistoren (212) erhalten mittels der Kollektor-Anschlüsse (C) von der Stromquelle der Batterie (300) die Batteriespannung, gleichzeitig wird durch die Basis-Anschlüsse (B) das PWM-Signal des Steuermittels (224) wahlweise aktiviert und erlaubt der PTC-Heizung (214) mittels der Emitter-Anschlüsse (E) die Umschaltung der Spannung.
Andererseits beinhaltet die PTC-Heizeinheit (214) das 1. (216), das 2. (128) sowie das 3. PTC-Heizmittel (220) und eine Seite dieses 1. (216) bis 3. PTC-Heizmittels (220) wird jeweils an die Source-Anschlüsse (S) (oder an die Emitter-Anschlüsse (E)) des 1. MOSFET (208) (oder des 1. Leistungstransistors) bis 3. MOSFET (212) (oder des 3. Leistungstransistors) angeschlossen und die andere Seite des 1. (216) bis 3. PTC-Heizmittels (220) an der Stromdetektionseinheit (222) angebracht.
Hierbei wird die Istleistung (P) im 1. (216) bis 3. PTC-Heizmittel (220) durch die von der Schalteinheit (206) wahlweise gelieferte Spannung erzeugt.
Die Stromdetektionseinheit (222) wird an eine Seite des 1. (216) bis 3. Heizmittels (220) der PTC-Heizung (214) und die andere Seite an die Steuereinheit (224) angeschlossen. Somit wird der Strom erfasst, der durch mindestens eines vom 1. (216) bis 3. PTC-Heizmittel (220) fließt. Die mit einem Nebenschlusswiderstand (Shunt) ausgestattete Stromdetektionseinheit (222) kann auch dazu verwendet werden, um den Strom nach der an dem Widerstand abfallenden Spannung zu erfassen.
Empfängt die Steuereinheit (224) andererseits durch die Kommunikationseinheit (204) Daten über die Spannung, die der aus der Stromquelle der Batterie (300) gelieferten Spannung entspricht, entscheidet sie, ob die genannte Spannung höher als die Bezugsspannung (Px) ist und es wird der Heizstrom (Py) entsprechend der Batteriespannung als Sollwert (Py) eingestellt, das passende PWM-Tastverhältnis berechnet und das PWM-Signal mit dem berechneten PWM-Tastverhältnis in der Schalteinheit (206) aktiviert, falls die genannte Spannung niedriger als die Bezugsspannung (Px) ist. Im umgekehrten Fall wird der maximale Heizstrom (Pmax) gemäß der Batteriespannung als Sollwert (Pmax) eingestellt, das entsprechende PWM-Tastverhältnis berechnet und das PWM-Signal mit dem berechneten PWM-Tastverhältnis in der Schalteinheit (206) aktiviert.
Hierbei wird das PWM-Signal der Steuereinheit (224) in dem Gate-Anschluss (G) (oder Basis-Anschluss (B)) in einem oder mehr als einem 1. MOSFET (208) (oder 1. Transistor) bis 3. MOSFET (212) (oder 3. Leistungstransistor) wahlweise aktiviert.
Darüber hinaus erhält die Steuereinheit (224) aus der Stromdetektionseinheit (222) den rückgekoppelten Strom, der in einem oder mehreren 1. (216) bis 3. PTC-Heizmittel (220) fließt, und berechnet die Istleistung (P) eines oder mehrerer 1. (216) bis 3. Heizmittel (220) entsprechend der Versorgungsbatteriespannung bzw. dem erfassten Strom. Danach wird zunächst überprüft, ob die mit der Versorgungsbatteriespannung übereinstimmende Istleistung (P) dem Sollwert (Heizstrom (Py) oder dem maximalen Heizstrom (Pmax)) entspricht, und es wird anschließend überprüft, ob die Istleistung (P) höher als der Sollwert (Heizstrom (Py) oder maximale Heizstrom (Pmax)) ist, falls die Istleistung (P) dem Sollwert (Heizstrom (Py) oder dem maximalen Heizstrom (Pmax)) nicht entspricht. Ist die Istleistung (P) niedriger als der Sollwert (Heizstrom (Py) oder maximale Heizstrom (Pmax)), wird das PWM-Signal mit dem erhöhten PWM-Tastverhältnis in der Schalteinheit (206) wahlweise aktiviert, sodass die Istleistung (P) in den Sollwert (Heizstrom (Py) oder maximalen Heizstrom (Pmax)) umgewandelt wird. Ist die Istleistung (P) höher als der Sollwert (Heizstrom (Py) oder der maximale Heizstrom (Pmax)), wird das PWM-Signal mit dem reduzierten PWM-Tastverhältnis in der Schalteinheit (206) wahlweise aktiviert, sodass die Istleistung (P) in den Sollwert (Heizstrom (Py) oder den maximalen Heizstrom (Pmax)) umgewandelt wird.
Dabei ist es – wie 4a sowie 4b zeigen – erwünscht, dass die Steuereinrichtung (224) ein Speichermittel enthält, in dem die Bezugsspannung und der Heizstrom (Py = ax + b) (a und b sind natürliche Zahlen, x ist eine Variable) sowie der Sollwert gespeichert werden können. Hierbei ist der mit der Batteriespannung übereinstimmende Heizstrom eingestellt und diese Batteriespannung sollte in diesem Fall niedriger als die Bezugsspannung (Px) sein. Der Sollwert enthält dabei den maximalen Heizstrom (Pmax), der in Bezug auf die Batteriespannung eingestellt ist; die Batteriespannung sollte in diesem Fall höher als die Bezugsspannung (Px) sein.
D. h. es ist erwünscht, dass der Sollwert entsprechend der aus der Batteriestromquelle des Fahrzeugs (300) gelieferten Batteriespannung bereits im Speichermittel eingestellt ist.
4a ist hier erfindungsgemäß hinsichtlich des mit der Batteriespannung übereinstimmenden Sollwerts der PTC-Heizung als Diagramm dargestellt.
4b ist ein nach diesem Beispiel gezeichnetes Diagramm bezüglich des mit der Batteriespannung übereinstimmenden Sollwerts der PTC-Heizung.
3 ist ein Ablaufdiagramm zur Erklärung der elektrischen Ersatzheizmethode in Fahrzeugen gemäß dieser Erfindung.
Wie 3 zeigt, versorgt die Batteriestromquelle (300) im elektrischen Ersatzheizsystem für Fahrzeuge (200) mit dem Einschalten der Stromquelle im Fahrzeug den Drain-Anschluss (D) (oder Kollektor-Anschlüsse (C)) des 1. MOSFET (208) (oder des 1. Leistungstransistors) bis 3. MOSFET (212) (des 3. Leistungstransistors) in der Schalteinheit (216) mit Batteriespannung und sendet der Kommunikationseinheit (204) entsprechend der gelieferten Batteriespannung Daten über diesen Wert.
Dabei umfasst die Schalteinheit (206) den 1. MOSFET (208), 2. MOSFET (210) und 3. MOSFET (212) (oder den 1., 2. und 3. Leistungstransistor); die Drain-Elektroden (D) (oder Kollektor-Elektroden (C)) des 1. MOSFET (208) (des 1. Leistungstransistors) bis 3. MOSFET (212) (des 3. Leistungstransistors) werden an die Batteriestromquelle (300) und die Gate-Anschlüsse (G) (oder Basis-Anschlüsse (B)) an die Steuereinheit (224) sowie die Source-Anschlüsse (S) (oder Emitter-Anschlüsse (E)) an eine Seite der PTC-Heizung (214) angeschlossen.
Dabei empfängt die Kommunikationseinheit (204) Daten über die aus der Batteriestromquelle (300) gelieferte Spannung und sendet sie an die Steuereinheit (224) weiter.
Diese Kommunikationseinheit (204) besteht aus einem RS-232, einem RS-422, einem USB (Universal Serial Bus) sowie einem IEEE1394 oder einem CAN (Controller Area Network).
Dabei empfängt die Steuereinheit (224) aus der Kommunikationseinheit (204) Daten über die aus der Batteriestromquelle (300) gelieferte Spannung (S301) und überprüft, ob die genannte Spannung höher als die Bezugsspannung (Px) ist (S302).
Hierbei ist es – wie die oben erwähnten 4a sowie 4b zeigen – erwünscht, dass die Steuereinheit (224) ein Speicherelement enthält, in dem die Bezugsspannung und der Heizstrom (Py = ax + b) (a und b sind natürliche Zahlen, x ist eine Variable) sowie der Sollwert gespeichert werden können. Hierbei ist der Heizstrom der Batteriespannung entsprechend eingestellt, wobei die Batteriespannung in diesem Fall niedriger als die Bezugsspannung (Px) sein sollte. Der Sollwert stellt den maximalen Heizstrom (Pmax) dar, der in Relation zur Batteriespannung eingestellt ist; diese Batteriespannung sollte in diesem. all höher als die Bezugsspannung (Px) sein.
D. h., es ist erwünscht, dass die Bezugsspannung (Px) und der mit der Batteriespannung übereinstimmende Sollwert im Speicherelement bereits eingestellt werden.
Ist die sich aus der Prüfung des oben genannten Schrittes (S302) ergebende Spannung niedriger als die Bezugsspannung (Px), z. B. niedriger als die Bezugsspannung (Px) von 27 [V] oder 13,5 [V], stellt die Steuereinheit (224) den mit den Spannungsdaten (z. B. 23,5 [V] oder 11,75 [V]) übereinstimmenden Heizstrom (Py) (z. B. 500 [W]) der PTC-Heizungseinrichtung (214) als Sollwert (Py) ein (S303).
Anschließend berechnet die Steuereinheit (224) das nach dem Sollwert (Py) und der Versorgungsbatteriespannung ausgerichtete PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals (S304) und aktiviert wahlweise das PWM-Signal des PWM-Tastverhältnisses für die Gate-Anschlüsse (G) (oder Basis-Anschlüsse (B)) eines oder mehrerer 1. MOSFET (208) (oder 1. Leistungstransistoren) bis 3. MOSFET (212) (oder 3. Leistungstransistoren) (S305).
Hierbei schaltet sich der 1. MOSFET (208) (oder der 1. Leistungstransistor) bis 3. MOSFET (212) (oder 3. Leistungstransistor) der Schalteinheit (206) nach dem PWM-Signal mit dem berechneten PWM-Tastverhältnis der Steuereinheit (224) ein und versorgt mit Hilfe der Source-Elektrode (S) (oder Emitter-Elektrode (E)) ein oder mehrere 1. (216) bis 3. PTC-Heizmittel (220) mit Spannung. Dabei wird die Istleistung (P) mittels der aus der Schalteinheit (206) gelieferten Spannung in einem oder mehreren 1. (216) bis 3. PTC-Heizmitteln (220) erzeugt.
Hierbei wird jeweils eine Seite des 1. (216) bis 3. PTC-Heizmittels (220) an die Source-Elektrode (S) (oder Emitter-Elektrode (E)) des 1. MOSFET (208) (oder des 1. Leistungstransistors) bis 3. MOSFET (212) (oder des 3. Leistungstransistors) angeschlossen und die andere Seite des 1. (216) bis 3. PTC-Heizmittels (220) an der Sensoreinrichtung (222) angebracht.
Dabei erfasst die Sensoreinrichtung (222) den Strom, der in einem oder mehreren 1. PTC-Heizmitteln (216) bis 3. PTC-Heizmitteln (220) fließt.
Danach nimmt die Steuereinheit (224) aus der Sensoreinrichtung (222) den rückgekoppelten Strom eines oder mehrerer 1. (216) bis 3. PTC-Heizmittel (220) auf (S307) und berechnet die Istleistung (P) eines oder mehrerer 1. (216) bis 3. Heizmittel (220) mittels des erfassten Stroms und der Versorgungsbatteriespannung (S307).
Anschließend überprüft die Steuereinheit (224), ob die berechnete Istleistung (P) der PTC-Heizungseinrichtung (214) dem Sollwert (Py) (z. B. 500 W) des mit der angegebenen Spannung von z. B. 23.5 [V] oder 11.75 [V] übereinstimmenden Heizstroms (Py) entspricht (S308).
Erweist sich die Istleistung (P) nach dem Prüfergebnis des oben genannten Schrittes (S308) als mit dem Sollwert (z. B. 500 [W]) identisch, führt die Steuereinheit (224) den oben genannten Schritt (S305) durch.
Ist die Istleistung (P) gemäß dem Ergebnis des oben genannten Schrittes (S308) mit dem Sollwert (Py) nicht identisch, überprüft die Steuereinheit (224), ob die Istleistung (P) höher als Sollwert (Py) ist (S309).
Ist die Istleistung (P) – als Resultat des oben genannten Schrittes (S309) – höher als der Sollwert (Py), reduziert die Steuereinheit (224) das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals, sodass die Istleistung (P) zum Sollwert (Py) (z. B. 500 [W]) wird, der einem oder mehreren 1. (216) bis 3. PTC-Heizmitteln (220) entspricht (S310).
Anschließend führt die Steuereinheit (224) den oben genannten Schritt (S305) durch.
Ist die Istleistung (P) nach dem Ergebnis des oben genannten Schrittes (S309) niedriger als der Sollwert (Py), steigert die Steuereinheit (224) das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals, sodass die Istleistung (P) zum Sollwert (Py) (z. B. 500 [W]) wird, der einem oder mehreren 1. (216) bis 3. PTC-Heizmitteln (220) entspricht (S311).
Anschließend führt die Steuereinheit (224) den oben genannten Schritt (S305) durch.
Ist die angegebene Spannung – als Ergebnis des oben genannten Schrittes (S302) – höher als die Bezugsspannung (Py), z. B. 27 [V] oder 13.5 [V], stellt die Steuereinheit (224) den maximalen Heizstrom (Pmax) (z. B. 1000 [W]) des PTC-Heizungsteils (214) als Zielstrom (Pmax) ein (S312). Dieser Maximalheizstrom entspricht dann der angegebenen Spannung (Py) (z. B. 29 [V] oder 15 [V]), die höher als die Bezugsspannung (Py) ist.
Anschließend berechnet die Steuereinheit (224) nach dem Sollwert (Pmax) sowie der Versorgungsbatteriespannung das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals (S304) und aktiviert wahlweise für die Gate-Anschlüsse (G) (oder Basis-Anschlüsse (B)) eines oder mehrerer 1. MOSFET (208) (oder des 1. Leistungstransistors) bis 3. MOSFET (212) (oder des 3. Leistungstransistors) das PWM-Signal des PWM-Tastverhältnisses (S305).
Hierbei schaltet sich der 1. MOSFET (208) (oder der 1. Leistungstransistor) bis 3. MOSFET (212) (oder der 3. Leistungstransistor) des Schaltmittels (206) nach dem PWM-Signal mit dem berechneten PWM-Tastverhältnis der Steuereinheit (224) ein und versorgt mit Hilfe des Source-Anschlusses (S) (oder Emitter-Anschlusses (E)) ein oder mehrere 1. (216) bis 3. PTC-Heizmittel (220) mit Spannung.
Dabei wird die Istleistung (P) mittels der aus der Schalteinheit (206) gelieferten Spannung in einem oder mehreren 1. (216) bis 3. PTC-Heizmittel (220) erzeugt. Anschließend erfasst die Steuereinheit (222) den Strom, der in einem oder mehreren 1. (216) bis 3. PTC-Heizmitteln (220) fließt.
Danach erhält die Steuereinheit (224) mit Hilfe der Stromdetektionseinheit (222) den rückgekoppelten Strom eines oder mehrerer 1. (216) bis 3. PTC-Heizmittel (220) (S306) und berechnet die Istleistung (P) eines oder mehrerer 1. (216) bis 3. Heizmittel (220) mittels des erfassten Stroms und der Versorgungsbatteriespannung (S307).
Anschließend überprüft die Steuereinheit (224), ob die berechnete Istleistung (P) der PTC-Heizung von z. B. 29 [V] oder 15 [V] dem entsprechenden maximalen Heizstrom (Pmax) entspricht (S308).
Erweist sich die Istleistung (P) gemäß dem Ergebnis des oben genannten Schrittes (S308) als mit dem Sollwert (Pmax) (z. B. 1000 [W]) identisch, führt die Steuereinheit (224) den oben genannten Schritt (S305) durch.
Erweist sich die Istleistung (P) entsprechend dem Ergebnis des oben genannten Schrittes (S308) nicht als mit dem Sollwert (Pmax) identisch, überprüft die Steuereinheit (224), ob die Istleistung (P) größer als der Sollwert (Pmax) ist (S309).
Ist die Istleistung (P) gemäß dem Ergebnis des oben genannten Schrittes (S309) größer als der Sollwert (Pmax), reduziert die Steuereinheit (224) das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals, sodass die Istleistung (P) zum Sollwert (Pmax) (z. B. 1000 [W]) wird, der einem oder mehreren 1. (216) bis 3. PTC-Heizmitteln (220) entspricht (S310).
Anschließend führt die Steuereinheit (224) den oben genannten Schritt (S305) durch.
Ist die Istleistung (P) gemäß dem Ergebnis des oben genannten Schrittes (S309) kleiner als der Sollwert (Pmax), steigert die Steuereinheit (224) das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals, sodass die Istleistung (P) zum Sollwert (Pmax) (z. B. 1000 [W]) wird, der einem oder mehreren 1. (216) bis 3. PTC-Heizmitteln (220) entspricht (S311).
Anschließend führt die Steuereinheit (224) den oben genannten Schritt (S305) durch.
Wie das zuvor geschilderte Verfahren für die elektrische Zusatzheizung in Fahrzeugen zeigt, wird die Belastung der Autobatterie durch die Reduzierung des Sollwertes der PTC-Heizung gesenkt, wenn die Spannung aufgrund der übermäßigen Batterienutzung niedrig ist. Ist die Leistung der Batterie ausreichend stark, kann man mit dem Nennstrom heizen. Infolgedessen wird eine Leistungseffektivität erzielt, sodass die Autobatterie belastungsfrei arbeiten kann. Die Istleistung der PTC-Heizung wird mittels des Stroms der PTC-Heizung berechnet und dadurch, dass die Istleistung und der Nennstrom miteinander in gleicher Weise gesteuert werden, kann eine genaue Verbrauchsstrommenge der PTC-Heizung erzielt werden.
Die vorliegende Beschreibung ist nur eine kurz gefasste Erläuterung der technischen Idee dieser Erfindung anhand eines Beispiels und ein Fachmann kann Änderungen und Abwandlungen im Rahmen der wesentlichen Besonderheit der Erfindung auf verschiedene Art und Weise vornehmen. Angesichts des oben erwähnten Beispiels besteht keine Absicht, die Verwirklichung der technischen Idee dieser Erfindung zu begrenzen, sondern nur, diese zu erklären. Die Möglichkeiten der technischen Idee dieser Erfindung sollen durch das angeführte Beispiel nicht eingeschränkt werden. Der Schutz dieser Erfindung ist im Rahmen der folgenden Patentansprüche zu interpretieren und alle technischen Ideen innerhalb des gleichen Bereichs sind so zu verstehen, dass sie sich innerhalb der Rechte der vorgelegten Erfindung erschließen.

200: Elektrisches Zusatzheizsystem
204: Kommunikationseinheit
206: Schalteinheit
208: 1. MOSFET
210: 2. MOSFET
212: 3. MOSFET
214: PTC-Heizungseinheit
216: 1. PTC-Heizmittel
218: 2. PTC-Heizmittel
220: 3. PTC-Heizmittel
222: Stromdetektionseinheit
224: Steuereinheit
300: Stromversorgungseinheit

Claims

Elektrisches Zusatzheizsystem (200) für ein Fahrzeug, umfassend: eine Schalteinheit (206), die mit mindestens einem oder mehr Schaltmitteln (208, 210, 212) versehen ist, wobei die Schalteinheit arbeitet, um eine Batteriespannung in Einklang mit einem PWM-Signal umzuschalten; eine Heizeinheit (214), die mit mindestens einem oder mehr Heizmitteln (216, 218, 220) versehen ist, die jeweils mit jedem Ausgang der Schaltmittel verbunden sind; eine Stromdetektionseinheit (222), die einen Strom durch die Heizeinheit (214) detektiert, wobei die Stromdetektionseinheit mit den Heizmitteln verbunden ist; und eine Steuereinheit (224), in der ein Spannungswert der Batteriespannung empfangen und dann mit einer Bezugsspannung verglichen wird, und, falls dieser Spannungswert kleiner als die Bezugsspannung ist, eine Sollleistung auf eine zur Batteriespannung proportionale Heizleistung eingestellt wird, und andererseits, falls der Spannungswert größer als die Bezugsspannung ist, die Sollleistung auf eine vorbestimmte maximale Heizleistung eingestellt wird, und dann das PWM-Signal mit einem der Sollleistung entsprechenden PWM-Tastverhältnis erzeugt und dann an die Schaltmittel übertragen wird, und das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals in Abhängigkeit von der Sollleistung und einer Istleistung angepasst wird, wobei die tatsächlich verbrauchte Istleistung aus dem Strom errechnet wird, den die Stromdetektionseinheit (222) detektiert.
Elektrisches Zusatzheizsystem nach Anspruch 1, bei dem die Schaltmittel aus mindestens einem oder mehr MOSFETs bestehen, und Gate-Anschlüsse (G) des 1. MOSFET bis N-ten MOSFET (N ist eine natürliche Zahl) mit der Steuereinheit verbunden sind, und Drain-Anschlüsse (D) mit einer Batteriestromquelle (300) verbunden sind, und Source-Anschlüsse (S) jeweils mit den Heizmitteln verbunden sind.
Elektrisches Zusatzheizsystem nach Anspruch 1, bei dem die Schaltmittel aus mindestens einem oder mehr Transistoren bestehen, und Basis-Anschlüsse (B) des 1. Transistors bis N-ten Transistors (N ist eine natürliche Zahl) mit der Steuereinheit verbunden sind, und Kollektor-Anschlüsse (C) mit einer Batteriestromquelle verbunden sind, und Emitter-Anschlüsse (E) jeweils mit den Heizmitteln verbunden sind.
Elektrisches Zusatzheizsystem nach Anspruch 1, das ferner eine Kommunikationseinheit (204) umfasst, die den Spannungswert der Batteriespannung empfängt und überträgt.
Elektrisches Zusatzheizsystem nach Anspruch 4, bei dem die Kommunikationseinheit (204) mit einem beliebigen Kommunikationstyp von RS-232, RS-422, USB (Universal Serial Bus), IEEE1394 und CAN (Controller Area Network) betrieben wird.
Elektrisches Zusatzheizsystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit (224) ein Kommunikationsmittel umfasst, das den Spannungswert empfängt.
Elektrisches Zusatzheizsystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit (224), falls die berechnete Istleistung größer oder kleiner als die Sollleistung ist, das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals verkleinert oder vergrößert.
Elektrisches Zusatzheizsystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit (224) das PWM-Signal einzeln an mindestens eines oder mehr Schaltmittel überträgt.
Elektrisches Zusatzheizsystem nach Anspruch 1, bei dem die Stromdetektionseinheit (222) derart als ein Gehäuse ausgebildet ist, dass sie an mindestens eines oder mehr Heizmittel angeschlossen ist.
Verfahren eines elektrischen Zusatzheizsystems für ein Fahrzeug, das folgende Schritte umfasst: Vergleichen eines Spannungswerts einer Batteriespannung mit einer Bezugsspannung nach Empfang des Spannungswerts der Batteriespannung; Einstellen einer Sollleistung auf eine Heizleistung, die proportional zu der Batteriespannung ist, die kleiner als die Bezugsspannung ist, falls der Spannungswert kleiner als die Bezugsspannung ist, und andererseits auf eine vorbestimmte maximale Heizleistung, falls der Spannungswert größer als die Bezugsspannung ist; Übertragen eines PWM-Signals an eine Schalteinheit nach dem Erzeugen des PWM-Signals mit einem der Sollleistung entsprechenden PWM-Tastverhältnis; und Anpassen des PWM-Tastverhältnisses des PWM-Signals in Abhängigkeit von der Sollleistung und einer Istleistung, die erhalten wird, um eine tatsächlich verbrauchte Leistung zu berechnen.
Verfahren eines elektrischen Zusatzheizsystems nach Anspruch 10, bei dem im Schritt des Anpassens des PWM-Tastverhältnisses des PWM-Signals die Anpassung, falls die berechnete Istleistung größer oder kleiner als die Sollleistung ist, auf eine solche Weise erfolgt, dass das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals verkleinert oder vergrößert wird.
Verfahren eines elektrischen Zusatzheizsystems nach Anspruch 10, bei dem im Schritt des Übertragens die Übertragung auf eine solche Weise erfolgt, dass das PWM-Signal mit dem PWM-Tastverhältnis einzeln an mindestens eines oder mehr Schaltmittel der Schalteinheit übertragen wird.
Verfahren eines elektrischen Zusatzheizsystems nach Anspruch 10, bei dem im Schritt des Anpassens des PWM-Tastverhältnisses des PWM-Signals die Istleistung, die in Heizmitteln von mindestens einer oder mehr Heizeinheiten tatsächlich verbraucht wird, aus der Batteriespannung und einem von einer Stromdetektionseinheit (222) detektiertem Strom errechnet wird.