DE112016003374T5 - HEATING DEVICE AND ASSOCIATED CONTROL METHOD - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Heizvorrichtung (1) eines Elektrofahrzeugs, um die thermische Behandlung der Luft des Fahrzeugfahrgastraums ausgehend von einer ermittelten Solltemperatur (Tc) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Folgendes umfasst: – einen Schritt zur Messung einer Außentemperatur (Text) des Fahrzeugs und einer Innentemperatur (Tin) des Fahrzeugs, – einen Schritt zum Ermitteln – der Aktivierungsdauer, die die Heizvorrichtung benötigt, um die Solltemperatur (Tc) zu erreichen, ausgehend von der Außentemperatur (Text), der Innentemperatur (Tin) und einer Wärmekapazität der Heizvorrichtung und – der bei der Heizvorrichtung aufzubringenden Leistung, – einen Schritt zur Aktivierung der Heizvorrichtung entsprechend der ermittelten aufzubringenden Leistung während der ermittelten Aktivierungsdauer. The present invention relates to a method for controlling a heating device (1) of an electric vehicle to enable the thermal treatment of the air of the vehicle passenger compartment from a determined target temperature (T c ), characterized in that the method comprises: - a step for measurement an outside temperature (T ext ) of the vehicle and an inside temperature (T in ) of the vehicle, - a step of determining - the activation time required for the heater to reach the target temperature (T c ) based on the outside temperature (T ext ) the internal temperature (T in ) and a heat capacity of the heater and the power to be applied to the heater, a step of activating the heater according to the determined power to be applied during the determined activation period.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Elektrokraftfahrzeuge und insbesondere die Heizvorrichtung derartiger Fahrzeuge. The present invention relates to the field of electric motor vehicles, and more particularly to the heating device of such vehicles.
Aufgrund ihrer begrenzten Reichweite und der zum Aufladen ihrer Batterien erforderlichen Dauer müssen Elektrofahrzeuge regelmäßig aufgeladen werden, wenn das Fahrzeug geparkt ist und ein Ladungsanschluss zur Verfügung steht. Due to their limited range and the time required to recharge their batteries, electric vehicles must be recharged regularly when the vehicle is parked and a charge port is available.
Doch auch wenn die Batterie(n) des Fahrzeugs vollständig aufgeladen werden kann bzw. können, muss der Stromverbrauch des Fahrzeugs optimiert werden, um die Reichweite des Fahrzeugs zu maximieren. However, even though the vehicle's battery (s) may or may not be fully charged, the power consumption of the vehicle must be optimized to maximize the range of the vehicle.
Die Komfortausstattungen und insbesondere die Heizvorrichtung erfordern jedoch häufig einen nicht zu vernachlässigenden Stromverbrauch, so dass ihre Verwendung dazu neigt, die Reichweite des Fahrzeugs zu verringern. However, the convenience equipment, and particularly the heater, often requires not inconsiderable power consumption, so their use tends to decrease the range of the vehicle.
Es ist somit angebracht, eine Lösung zu finden, mit der ein optimaler Komfort für den Nutzer gewährleistet und dabei die Reichweite des Fahrzeugs durch die Begrenzung des Stromverbrauchs der Heizvorrichtung maximiert werden kann. It is thus appropriate to find a solution that ensures optimal comfort for the user while maximizing the range of the vehicle by limiting the power consumption of the heater.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Steuerung einer Heizvorrichtung eines Elektrofahrzeugs, um die thermische Behandlung der Luft des Fahrgastraums des Fahrzeugs ausgehend von einer ermittelten Solltemperatur zu ermöglichen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
- – einen Schritt zur Messung einer Außentemperatur des Fahrzeugs und einer Innentemperatur des Fahrzeugs,
- – einen Schritt zum Ermitteln – der Aktivierungsdauer, die die Heizvorrichtung benötigt, um die Solltemperatur zu erreichen, ausgehend von der Außentemperatur, der Innentemperatur und einer Wärmekapazität der Heizvorrichtung, und – der bei der Heizvorrichtung aufzubringenden Leistung,
- – einen Schritt zur Aktivierung der Heizvorrichtung entsprechend der ermittelten aufzubringenden Leistung während der ermittelten Aktivierungsdauer.
- A step of measuring an outside temperature of the vehicle and an inside temperature of the vehicle,
- A step of determining the activation time required for the heater to reach the target temperature, based on the outside temperature, the inside temperature and a heat capacity of the heater, and the power to be applied to the heater,
- - A step for activating the heater according to the determined applied power during the determined activation period.
Das Ermitteln der aufzubringenden Leistung und der Aktivierungsdauer zum Erreichen einer Solltemperatur ermöglicht die Reduzierung des Stromverbrauchs zum Erreichen der Solltemperatur und somit die Gewährleistung des Komforts für den Nutzer bei einem minimalen Energieaufwand. Determining the power to be applied and the duration of activation to reach a setpoint temperature enables the reduction of the power consumption to reach the setpoint temperature and thus the guarantee of the comfort for the user with a minimum energy expenditure.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner
- – einen Schritt zur Parametrisierung der Uhrzeit, zu der die Solltemperatur erreicht werden soll, und
- – wobei der Schritt zur Aktivierung der Heizvorrichtung zu einer Uhrzeit durchgeführt wird, die ausgehend von der Aktivierungsdauer und der Uhrzeit, zu der diese Solltemperatur erreicht werden soll, ermittelt wird.
- A step for parameterizing the time at which the setpoint temperature is to be reached, and
- - Wherein the step of activating the heater is performed at a time that is determined based on the activation time and the time at which this target temperature is to be achieved.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aktivierungsdauer ferner in Abhängigkeit von dem Wärmeverlustkoeffizienten des Fahrzeugfahrgastraums ermittelt. According to an additional aspect of the present invention, the activation period is further determined depending on the heat loss coefficient of the vehicle passenger compartment.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aktivierungsdauer ferner in Abhängigkeit von der Wärmeträgheit des Fahrzeugfahrgastraums ermittelt. According to an additional aspect of the present invention, the activation period is further determined as a function of the thermal inertia of the vehicle passenger compartment.
Gemäß einer weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aktivierungsdauer durch folgende Formel ermittelt: wobei
- G
- der Wärmeverlustkoeffizient des Fahrgastraums ist,
- Text
- die Temperatur außerhalb des Fahrzeugs ist,
- Tin
- die Innentemperatur des Fahrzeugs ist,
- P
- die Leistung der Heizvorrichtung ist und
- I
- die Wärmeträgheit des Fahrzeugfahrgastraums ist.
- G
- is the heat loss coefficient of the passenger compartment,
- T ext
- the temperature is outside the vehicle,
- T in
- the internal temperature of the vehicle is
- P
- the power of the heater is and
- I
- the thermal inertia of the vehicle passenger compartment is.
Gemäß einen zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die bei der Heizvorrichtung aufzubringende Leistung die maximale Wärmekapazität der Heizvorrichtung. According to an additional aspect of the present invention, the power to be applied to the heater is the maximum heat capacity of the heater.
Die Aktivierung bei maximaler Leistung ermöglicht eine Reduzierung der Aktivierungszeit und eine Optimierung des Stromverbrauchs durch das Heizen. The activation at maximum power allows a reduction of the activation time and an optimization of the power consumption by the heating.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Schritte zur Messung der Temperatur außerhalb des Fahrzeugs und der Innentemperatur des Fahrzeugs und zum Ermitteln der Aktivierungsdauer und der bei der Heizvorrichtung aufzubringenden Leistung beim Aktivierungsschritt erneut angewandt. According to an additional aspect of the present invention, the steps of measuring the temperature outside the vehicle and the inside temperature of the vehicle and determining the activation duration and the power to be applied to the heater are applied again in the activating step.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Schritte zur Messung der Temperatur außerhalb des Fahrzeugs und der Innentemperatur des Fahrzeugs und zum Ermitteln der Aktivierungsdauer und der bei der Heizvorrichtung aufzubringenden Leistung zu vorbestimmten Zeitpunkten bis zum Aktivierungsschritt durchgeführt, um den zeitlichen Verlauf der Innentemperatur des Fahrzeugs und der Temperatur außerhalb des Fahrzeugs zu berücksichtigen. According to an additional aspect of the present invention, the steps for measuring the temperature outside the vehicle and the inside temperature of the vehicle and determining the activation duration and the power to be applied to the heater are performed at predetermined times until the activation step to determine the time course of the vehicle interior temperature and the temperature outside the vehicle.
Die Wiederholung bestimmter Verfahrensschritte im zeitlichen Verlauf ermöglicht die Berücksichtigung der Veränderung der Parameter, die während des Verfahrens berücksichtigt werden, insbesondere der Innentemperatur und der Außentemperatur des Fahrzeugs. The repetition of certain process steps in the course of time allows the consideration of the change in the parameters that are taken into account during the process, in particular the internal temperature and the outside temperature of the vehicle.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt zum Ermitteln der Aktivierungsdauer, die die Heizvorrichtung benötigt, um die Solltemperatur zu erreichen, eine Berechnung des zeitlichen Verlaufs der Innentemperatur des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem Wärmeverlustkoeffizienten des Fahrzeugfahrgastraums, der Wärmeträgheit des Innenraums und der Messungen der Temperatur außerhalb des Fahrzeugs und der Innentemperatur des Fahrzeugs. According to an additional aspect of the present invention, the step of determining the activation period required by the heater to reach the target temperature includes calculating the time history of the vehicle interior temperature in accordance with the heat loss coefficient of the vehicle cabin, the heat inertia of the cabin, and the measurements the temperature outside the vehicle and the internal temperature of the vehicle.
Die Berechnung des zeitlichen Verlaufs der Innentemperatur ermöglicht eine Reduzierung der Anzahl der Wiederholungen der Verfahrensschritte zum Ermitteln der Uhrzeit und der Aktivierungsdauer der Heizvorrichtung zum Erreichen der Solltemperatur. The calculation of the time profile of the internal temperature allows a reduction in the number of repetitions of the method steps for determining the time and the activation period of the heater for reaching the target temperature.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen die die Schritte des Verfahrens einen Schritt zum Anschließen des Elektrofahrzeugs an einen elektrische Ladungsanschluss. In accordance with an additional aspect of the present invention, the steps of the method include a step of connecting the electric vehicle to an electrical charging port.
Somit kann der Aktivierungsschritt durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug geladen wird, so dass die Solltemperatur beim Laden erreicht wird. Dadurch werden sowohl der Komfort für den Nutzer als auch die Reichweite des Fahrzeugs verbessert. Thus, the activation step may be performed when the vehicle is being charged, so that the target temperature is reached when charging. This improves both the comfort for the user and the range of the vehicle.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Heizvorrichtung eines Elektrofahrzeugs, die Folgendes aufweist:
- – Elemente zur Messung der Temperatur außerhalb des Fahrzeugs und der Innentemperatur des Fahrzeugs,
- – Verarbeitungsmittel, die ausgehend von einer Wärmekapazität der Heizvorrichtung und der Außentemperatur und der Innentemperatur, die von den Messelementen bereitgestellt werden, die Aktivierungsdauer bestimmen können, die die Heizvorrichtung benötigt, um eine Solltemperatur zu erreichen, und die die bei der Heizvorrichtung aufzubringende Leistung ermitteln können,
- – Steuerungsmittel, die die Heizvorrichtung in Abhängigkeit von der aufzubringenden Leistung und der Aktivierungsdauer, die von den Verarbeitungsmitteln ermittelt wurden, aktivieren können.
- Elements for measuring the temperature outside the vehicle and the internal temperature of the vehicle,
- Processing means which, based on a heat capacity of the heating device and the outside temperature and the internal temperature provided by the measuring elements, can determine the activation time required for the heating device to reach a target temperature and determine the power to be applied to the heating device .
- - Control means, which can activate the heating device in dependence on the applied power and the activation duration, which were determined by the processing means.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Verarbeitungsmittel dazu ausgebildet, die Uhrzeit, zu der die Solltemperatur erreicht werden soll, zu parametrieren. According to a further aspect of the present invention, the processing means are configured to set the time at which the setpoint temperature is to be reached.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Heizvorrichtung eine Wärmepumpe auf. According to an additional aspect of the present invention, the heating device comprises a heat pump.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Wärmepumpe um eine Luft-Luft-Wärmepumpe. According to an additional aspect of the present invention, the heat pump is an air-to-air heat pump.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Wärmepumpe eine Luft-Wasser-Wärmepumpe. In accordance with an additional aspect of the present invention, the heat pump is an air-to-water heat pump.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Heizvorrichtung einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten auf. In accordance with an additional aspect of the present invention, the heater has a positive temperature coefficient resistor.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus deren Beschreibung, die nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen gegeben ist, welche in beispielhafter und nicht einschränkender Weise eine mögliche Ausführungsform zeigen. Further features and advantages of the invention will become apparent from the description thereof, given below with reference to the accompanying drawings, which show by way of example and not limitation a possible embodiment.
In den Zeichnungen zeigen: In the drawings show:
Der Begriff "Elektrofahrzeug" entspricht jeglichem Fahrzeug, das eine Vorrichtung aufweist, mit der es möglich ist, die Batterie(n) des Fahrzeugs an einem Ladungsanschluss, beispielsweise einem mit dem Netz verbundenen Anschluss aufzuladen. Dies umfasst somit sowohl "reine" Elektrofahrzeuge als auch Hybridfahrzeuge mit einem Elektromotor, der mit einem anderen Motortyp kombiniert ist. The term "electric vehicle" corresponds to any vehicle having a device with which it is possible to charge the battery (s) of the vehicle at a charging port, for example a connection connected to the mains. This thus includes both "pure" electric vehicles and hybrid vehicles with an electric motor combined with a different type of engine.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Heizvorrichtung
Die verschiedenen Verfahrensschritte werden nun anhand von
Schritt
Schritt
Der Parameter Hr, der mit der Uhrzeit zusammenhängt, zu der das Fahrzeug wieder genutzt wird, betrifft einen Parameter, der das Ermitteln der Uhrzeit ermöglicht, zu der der Nutzer sein Fahrzeug erneut nutzen wird, z.B. die Uhrzeit selbst der erneuten Nutzung oder eine Dauer zwischen dem Zeitpunkt der Angabe des Parameters und der Uhrzeit der erneuten Benutzung. Dieser Parameter kann auch geplant und wiederkehrend sein, wobei der Nutzer beispielsweise angeben kann, dass er jeden Tag um 8 Uhr einen Fahrgastraum bei der Solltemperatur Tc wünscht. The parameter H r , which is related to the time at which the vehicle is used again, relates to a parameter which allows the time to be determined at which the user will reuse his vehicle, eg the time of reuse or a duration between the time of specifying the parameter and the time of reuse. This parameter may also be scheduled and recurring, for example, the user may indicate that he wants a passenger compartment at the target temperature T c every day at 8 o'clock.
Schritt
Schritt
Schritt
Schritt
Darüber hinaus ist anzumerken, dass
Die Einzelheiten aus Schritt
Bezüglich des Ermittelns der bei der Heizvorrichtung
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird die Aktivierungsdauer, die die Heizvorrichtung benötigt, um die Solltemperatur Tc zu erreichen, ausgehend von den Messungen der Temperatur Text außerhalb des Fahrzeugs und der Innentemperatur Tin des Fahrzeugs zu vorbestimmten Zeitpunkten bis zur Aktivierung der Heizvorrichtung
Die benötigte Aktivierungsdauer kann insbesondere durch folgende Gleichung (1) berechnet werden: wobei t die Aktivierungsdauer ist und P die Leistung ist, die vorzugsweise der maximalen Wärmekapazität der Heizvorrichtung
Somit kann zu einem gegebenen Zeitpunkt diese Aktivierungsdauer t 5 Minuten betragen, und die Uhrzeit Hr, zu der die Solltemperatur Tc erreicht werden soll, liegt 2 Stunden später. Die Aktivierungszeit Hm entspricht somit der Differenz zwischen der Uhrzeit Hr und der Aktivierungsdauer t, d.h. 1h55 später. Um die Schwankungen der verschiedenen Parameter und insbesondere die Schwankungen der Außentemperatur Text und der Innentemperatur Tin zu berücksichtigen, können bestimmte Verfahrensschritte und insbesondere die Schritte
Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann der Verlauf der Innentemperatur Tin des Fahrzeugs z.B. ausgehend von der ursprünglichen Innentemperatur Tin, d.h. der Temperatur, die zu Verfahrensbeginn gemessen wurde, der ursprünglichen Außentemperatur Text, dem Wärmeverlustkoeffizienten G des Fahrzeugfahrgastraums und der Wärmeträgheit I des Fahrzeugfahrgastraums berechnet werden, beispielsweise mittels folgender Gleichung (2): According to a second embodiment of the course of the internal temperature T in the vehicle, for example, starting from the initial temperature T in, that the temperature which was measured at beginning of the procedure, the original external temperature T ext, calculated the heat loss coefficient G of the vehicle passenger compartment and the thermal inertia I of the vehicle passenger compartment be, for example, by the following equation (2):
Durch Kombination der Gleichungen (1) und (2) ist es somit möglich, die Uhrzeit der Aktivierung Hm, zu der die Heizvorrichtung
Gemäß einer zur zweiten Ausführungsform alternativen Ausführungsform kann die Aktivierungsdauer der Heizvorrichtung
Somit können für die zuvor beschriebenen Ausführungsformen die Verfahrensschritte im Laufe der Zeit wiederholt werden, um den Verlauf der Parameter und insbesondere der Außentemperatur Text zu berücksichtigen. Wenn sich nämlich das Fahrzeug zu dem Zeitpunkt, an dem das Verfahren gestartet wurde, beispielsweise wenn der Nutzer sein Fahrzeug verlassen hat, im Schatten befand und es kurz danach in der Sonne steht (oder umgekehrt), kann die Außentemperatur stark variieren, so dass sich die Innentemperatur Tin zum Zeitpunkt der Aktivierung der Heizvorrichtung
Gemäß einer dritten Ausführungsform werden die Schritte
Die Verarbeitungsmittel
Die Heizvorrichtung
Um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen, wird nun ein Verwendungsbeispiel der Heizvorrichtung
Ein Nutzer parkt sein Elektrofahrzeug und schließt es an einen elektrischen Ladungsanschluss an, um dessen Batterie während einer Verabredung von einer Stunde aufzuladen. Er parametriert dann die Uhrzeit seiner Rückkehr, eine Stunde später, und gibt an, dass er eine Temperatur von 25°C in seinem Fahrzeug wünscht. Die Innentemperatur Tin des Fahrzeugs zu diesem Zeitpunkt beträgt auch 25°C, und die Temperatur Text außerhalb des Fahrzeugs beträgt 5°C. Diese Temperaturen werden nach der Parametrierung der Uhrzeit Hr, eine Stunde später, zu der die Solltemperatur Tc von 25°C erreicht werden soll, von Sensoren
Ausgehend von dem Empfangen einer Parametrierung bezüglich einer Solltemperatur Tc und einer Uhrzeit Hr, zu der diese Temperatur Tc erreicht werden soll, ermöglicht somit die vorliegende Erfindung das Ermitteln der Befehle, die bei der Heizvorrichtung
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division |