DE102018210034A1 - Verfahren zum digitalen Steuern einer Heizanordnung und die Heizanordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (1) zum digitalen Steuern einer Heizanordnung (2), insbesondere einer PTC-Heizanordnung, für ein Hybrid- oder ein Elektrofahrzeug. Dabei empfängt eine Steuerungseinrichtung (3) der Heizanordnung (2) einen Temperaturwert (T1, T2, T3), der eine aktuelle Außentemperatur (TA1, TA2, TA3) wiedergibt. Die Steuerungseinrichtung (3) legt dann abhängig von dem empfangenen Temperaturwert (T1, T2, T3) eine Grenzleistung (PG1, PG2, PG3) der Heizanordnung (2) fest, die kleiner als eine Maximalleistung (PMAX) der Heizanordnung (2) ist. Dann teilt die Steuerungseinrichtung (3) die festgelegte Grenzleistung (PG1, PG2, PG3) in Leistungsstufen (4) auf, deren Anzahl einer digitalen Auflösung der Steuerungseinrichtung (3) entspricht. Anschließend steuert die Steuerungseinrichtung (3) die Heizanordnung (2) zwischen einer Minimalleistung (PMIN) und der Grenzleistung (PG1, PG2, PG3) auf eine der Leistungsstufen (4). Die Erfindung betrifft auch eine Heizanordnung (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum digitalen Steuern einer Heizanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch eine Heizanordnung zum Ausführen des Verfahrens.
  • In modernen vollelektrischen Fahrzeugen kommen immer leistungsstärkere elektrische Heizer zum Einsatz. So können beispielweise zum Heizen der Fahrzeugkabine, der Batterie oder auch des Elektromotors PTC-Heizer mit einer Heizleistung bis zu 8 kW verwendet werden. Zum Steuern des elektrischen Heizers wird in heutigen Bordnetzen üblicherweise ein Kommunikationssignal mit einer 8-Bit Auflösung verwendet, der eine Steuerung der Heizleistung in maximal 256 Heizstufen ermöglicht. Aufgrund von üblicherweise notwendigen weiteren Informationen - wie beispielweise Diagnose - können jedoch die 256 Stufen eines 8-Bit Signals nicht vollständig zum Steuern der Heizleistung verwendet werden. Dadurch stehen in realen Anwendungsfällen oft wenige Heizstufen - typischerweise 100 bis 200 - zum Steuern der Heizleistung zur Verfügung. Die jeweiligen Heizstufen unterscheiden sich dabei um einen festen Betrag der Heizleistung. Je leistungsstärker der elektrische Heizer ist, desto größer ist der Betrag der Heizleistung, um die sich zwei nacheinander folgenden Heizstufen unterschieden. Bei einem leistungsstarken elektrischen Heizer reicht die 8-Bit Auflösung oft nicht mehr aus, um eine feine Steuerung des elektrischen Heizers zu ermöglichen. Dies kann insbesondere bei höheren Außentemperaturen nachteilig sein. Eine Erhöhung der Auflösung des Kommunikationssignals auf 16-Bit oder 32-Bit kommt aufgrund standardisierter Protokolle in dem Bordnetz oft nicht in Frage.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Heizanordnung anzugeben, bei denen die beschriebenen Nachteile überwunden werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zum digitalen Steuern einer Heizanordnung, insbesondere einer PTC-Heizanordnung, für ein Hybrid- oder ein Elektrofahrzeug vorgesehen. Dabei empfängt eine Steuerungseinrichtung der Heizanordnung einen Temperaturwert, der eine aktuelle Außentemperatur wiedergibt. Die Steuerungseinrichtung legt dann abhängig von dem empfangenen Temperaturwert eine Grenzleistung der Heizanordnung fest, die kleiner als eine Maximalleistung der Heizanordnung ist. Die Steuerungseinrichtung teilt dann die festgelegte Grenzleistung in Leistungsstufen auf, deren Anzahl einer digitalen Auflösung der Steuerungseinrichtung entspricht. Anschließend steuert die Steuerungseinrichtung die Heizanordnung zwischen einer Minimalleistung und der Grenzleistung auf eine der Leistungsstufen.
  • Die Minimalleistung und die Maximalleistung der Heizanordnung sind dabei durch ihre physikalischen Eigenschaften bestimmt und können nicht geändert werden. So kann die Maximalleistung der Heizanordnung zwischen 3 kW und 8 kW liegen. Die Minimalleistung entspricht üblicherweise Null. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Grenzleistung der Heizanordnung abhängig von dem empfangenen Temperaturwert festgelegt. Die Grenzleistung kann dabei um ein Mehrfaches kleiner als die Maximalleistung der Heizanordnung sein. Die Steuerungseinrichtung teilt dann die festgelegte Grenzleistung in die Leistungsstufen auf, wobei aufgrund der im Vergleich zu der Maximalleistung kleineren Grenzleistung unterscheiden sich die nacheinander folgenden Leistungsstufen um einen vergleichsweise kleineren Wert. Dadurch kann die Heizanordnung genauer gesteuert werden ohne dass die digitale Auflösung der Heizanordnung geändert werden muss. Vorteilhafterweise kann die Steuerungseinrichtung die festgelegte Grenzleistung der Heizanordnung in maximal 256 Leistungsstufen entsprechend einer digitalen Auflösung von 8 Bit aufteilt.
  • Das Verfahren soll im Folgenden anhand eines Beispiels erläutert werden. Alle hier genannten Werte sind beispielhaft und schränken die erfindungsgemäße Lösung nicht ein. Eine Heizanordnung mit einer Maximalleistung gleich 8 kW kann bei einer digitalen Auflösung von 8-Bit in 256 Leistungsstufen angesteuert werden. Die nacheinander folgenden Leistungsstufen unterscheiden sich dann um einen Wert von etwa 31 W bei 256 Leistungsstufen. Stehen weniger Leistungsstufen zum Steuern der Heizleistung zur Verfügung, so unterschieden sich die nacheinander folgenden Leistungsstufen um einen größeren Wert. Die Heizanordnung kann dann stufenweise auf die Heizleistung gleich 0 W, 31 W, 62 W, 93 W und so weiter bis 8 kW angesteuert werden. Ist die Grenzleistung der Heizanordnung auf 4 kW gesetzt und wird die Heizanordnung mit einer digitalen Auflösung von 8-Bit angesteuert, so unterscheiden sich die nacheinander folgenden Leistungsstufen um einen Wert von etwa 15,5 W. Die Heizanordnung kann dann stufenweise auf die Heizleistung gleich 0 W, 15,5 W, 31 W, 46,5 W und so weiter bis 4 kW angesteuert werden. Auf diese vorteilhafte Weise kann die Heizleistung feiner und genauer angesteuert werden, was insbesondere bei höheren Außentemperaturen vorteilhaft sein kann.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung den empfangenen Temperaturwert mit einem Schwellenwert vergleicht. Wenn der empfangene Temperaturwert höher als der Schwellenwert ist, so setzt die Steueranordnung die Grenzleistung kleiner als die Maximalleistung der Heizanordnung. Wenn der empfangene Temperaturwert kleiner als der Schwellenwert ist, so setzt die Steueranordnung die Grenzleistung gleich der Maximalleistung der Heizanordnung. Auf diese Weise kann die Heizanordnung beispielweise bei niedrigeren Außentemperaturen mit der Maximalleistung und bei höheren Außentemperaturen mit der Grenzleistung, die kleiner als Maximalleistung ist, betrieben werden. Vorteilhafterweise kann dadurch die Steuerungseinrichtung das Heizverhalten der Heizanordnung auf die Außentemperatur und auf den aktuellen Wärmebedarf in dem Kraftfahrzeug anpassen.
  • Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung den empfangenen Temperaturwert einem der mehreren vordefinierten Temperaturbereichen zuordnet. Dabei entspricht dem jeweiligen vordefinierten Temperaturbereich eine der mehreren vordefinierten Grenzleistungen. Vorteilhafterweise kann die Anzahl der mehreren vordefinierten Temperaturbereichen und den mehreren vordefinierten Grenzleistungen zwischen 2 und 4 liegen. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die jeweiligen vordefinierten Grenzleistungen sich voneinander um einen gleichen oder ungleichen Wert unterscheiden. Alternativ oder zusätzlich können die jeweiligen vordefinierten Grenzleistungen der Heizanordnung jeweils einen Bruchteil der Maximalleistung der Heizanordnung betragen.
  • Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung bei einem vergleichsweise hohen Temperaturwert eine vergleichsweise kleine Grenzleistung der Heizanordnung festlegt. Der vergleichsweise höhere Temperaturwert korrespondiert dabei mit einer höheren Außentemperatur. Bei der höheren Außentemperatur muss die Heizanordnung üblicherweise nicht mit der Maximalleistung betrieben werden und die Grenzleistung kann entsprechend kleiner sein. Dadurch kann bei immer höheren Außentemperaturen die Heizleistung der Heizanordnung immer feiner eingestellt werden und das Heizverhalten der Heizanordnung entsprechend auf den aktuellen Wärmebedarf in dem Kraftfahrzeug angepasst werden.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Heizanordnung, insbesondere eine PTC-Heizanordnung, für ein Hybrid- oder ein Elektrofahrzeug. Dabei weist die Heizanordnung eine Steuerungseinrichtung auf, die zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens ausgelegt ist. Vorteilhafterweise kann die Steuerungseinrichtung ein Teil der Heizanordnung oder ein Teil einer Klimaanlagensteuerung für das Hybrid- oder das Elektrofahrzeug sein. Die Heizanordnung kann eine luftseitige PTC-Heizanordnung für das Hybrid- oder das Elektrofahrzeug sein.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Die einzige 1 zeigt einen schematischen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens 1 zum digitalen Steuern einer Heizanordnung 2. Dabei empfängt eine Steuerungseinrichtung 3 der Heizanordnung 2 einen Temperaturwert T1 oder T2 oder T3 , die jeweils eine aktuelle Außentemperatur TA1 , oder TA2 oder TA3 wiedergeben. Die Steuerungseinrichtung 3 legt dann abhängig von dem empfangenen Temperaturwert T1 oder T2 oder T3 eine Grenzleistung PG1 oder PG2 oder PG3 der Heizanordnung 2 fest, die kleiner als eine Maximalleistung PMAX und höher als die Minimalleistung PMIN der Heizanordnung 2 ist. Die Steuerungseinrichtung 3 teilt dann die festgelegte Grenzleistung PG1 oder PG2 oder PG3 in Leistungsstufen 4 auf, deren Anzahl einer digitalen Auflösung der Steuerungseinrichtung 3 entspricht. In diesem Beispiel weist die Steuerungseinrichtung 3 die digitale Auflösung gleich 8 Bit. Entsprechend ist die Anzahl der Leistungsstufen 4 gleich 256. Anschließend steuert die Steuerungseinrichtung 3 die Heizanordnung 2 zwischen der Minimalleistung PMIN und der Grenzleistung PG1 oder PG2 oder PG3 auf eine der Leistungsstufen 4. Die Heizleistung der kleinsten Leistungsstufe 4 ist dabei gleich der Minimalleistung PMIN und gleich Null und die Heizleistung der höchsten Leistungsstufe 4 ist gleich der Grenzleistung PG1 oder PG2 oder PG3 .
  • Der Temperaturwert T1 liegt unterhalb eines Schwellenwerts T0 , so dass die Steuerungseinrichtung 3 die Grenzleistung PG1 gleich der Maximalleistung PMAX setzt. Der Temperaturwert T2 liegt oberhalb des Schwellenwerts T0 , so dass die Steuerungseinrichtung 3 die Grenzleistung PG2 kleiner als die Maximalleistung PMAX setzt. Die Leistungsstufen 4 in diesem Fall unterscheiden sich um einen kleineren Wert als bei der Grenzleistung PG1 , die hier gleich der Maximalleistung PMAX ist. Der Temperaturwert T3 liegt oberhalb des Schwellenwerts T0 und ist zudem größer als der Temperaturwert T2 , so dass die Steuerungseinrichtung 3 die Grenzleistung PG3 kleiner als die Maximalleistung PMAX und kleiner als die Grenzleistung PG2 setzt. Die Leistungsstufen 4 unterscheiden sich in diesem Fall um einen kleineren Wert als bei der Grenzleistung PG1 und auch PG2 .
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren 1 kann die Heizleistung der Heizanordnung 2 feiner angesteuert werden, was insbesondere bei höheren Außentemperaturen vorteilhaft sein kann.

Claims (10)

  1. Verfahren (1) zum digitalen Steuern einer Heizanordnung (2), insbesondere einer PTC-Heizanordnung, für ein Hybrid- oder ein Elektrofahrzeug, - wobei eine Steuerungseinrichtung (3) der Heizanordnung (2) einen Temperaturwert (T1, T2, T3) empfängt, der eine aktuelle Außentemperatur (TA1, TA2, TA3) wiedergibt; - wobei die Steuerungseinrichtung (3) abhängig von dem empfangenen Temperaturwert (T1, T2, T3) eine Grenzleistung (PG1, PG2, PG3) der Heizanordnung (2) festlegt, die kleiner als eine Maximalleistung (PMAX) der Heizanordnung (2) ist; - wobei die Steuerungseinrichtung (3) die festgelegte Grenzleistung (PG1, PG2, PG3) in Leistungsstufen (4) aufteilt, deren Anzahl einer digitalen Auflösung der Steuerungseinrichtung (3) entspricht; und - wobei die Steuerungseinrichtung (3) die Heizanordnung (2) zwischen einer Minimalleistung (PMIN) und der Grenzleistung (PG1, PG2, PG3) auf eine der Leistungsstufen (4) steuert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (3) den empfangenen Temperaturwert (T1, T2, T3) mit einem Schwellenwert (T0) vergleicht, und wenn der empfangene Temperaturwert (T1, T2, T3) höher als der Schwellenwert (T0) ist, die Steuerungseinrichtung (3) die Grenzleistung (PG1, PG2, PG3) kleiner als die Maximalleistung (PMAX) der Heizanordnung (2) setzt, und wenn der empfangene Temperaturwert (T1, T2, T3) kleiner als der Schwellenwert (T0) ist, die Steuerungseinrichtung (3) die Grenzleistung (PG1, PG2, PG3) gleich der Maximalleistung (PMAX) der Heizanordnung (2) setzt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (3) den empfangenen Temperaturwert (T1, T2, T3) einem der mehreren vordefinierten Temperaturbereichen zuordnet, wobei dem jeweiligen vordefinierten Temperaturbereich eine der mehreren vordefinierten Grenzleistungen (PG1, PG2, PG3) entspricht.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der mehreren vordefinierten Temperaturbereichen und den mehreren vordefinierten Grenzleistungen (PG1, PG2, PG3) zwischen 2 und 4 liegt.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, - dass die jeweiligen vordefinierten Grenzleistungen (PG1, PG2, PG3) der Heizanordnung (2) sich voneinander um einen gleichen oder ungleichen Wert unterscheiden, und/oder - dass die jeweiligen vordefinierten Grenzleistungen (PG1, PG2, PG3) der Heizanordnung (2) jeweils einen Bruchteil der Maximalleistung (PMAX) der Heizanordnung (2) betragen.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (3) bei einem vergleichsweise hohen Temperaturwert (T1, T2, T3) eine vergleichsweise kleine Grenzleistung (PG1, PG2, PG3) der Heizanordnung (2) festlegt.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (3) die festgelegte Grenzleistung (PG1, PG2, PG3) der Heizanordnung (2) in maximal 256 Leistungsstufen entsprechend einer digitalen Auflösung von 8 Bit aufteilt.
  8. Heizanordnung (2), insbesondere eine PTC-Heizanordnung, für ein Hybrid- oder ein Elektrofahrzeug, wobei die Heizanordnung (2) eine Steuerungseinrichtung (3) aufweist und zum Ausführen des Verfahrens (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgelegt ist.
  9. Heizanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (3) ein Teil der Heizanordnung (2) oder ein Teil einer Klimaanlagensteuerung für das Hybrid- oder das Elektrofahrzeug ist.
  10. Heizanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizanordnung (2) eine luftseitige PTC-Heizanordnung für das Hybrid- oder das Elektrofahrzeug ist.
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