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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizung sowie ein Fahrzeug mit einer elektrischen Heizung.
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Bei modernen Fahrzeugen werden häufig Standheizungen oder Zusatzheizungen eingesetzt. In vielen Fällen sind derartige Heizungen mit einem Brenner ausgestattet, um einen Brennstoff des Fahrzeugs zu verbrennen. Bei zunehmend auftretenden Elektrofahrzeugen, die ohne Brennstoff betrieben werden, sind derartige Stand- oder Zusatzheizungen nicht verwendbar, da Elektrofahrzeuge normalerweise keinen Brennstoff mit sich führen und es unzweckmäßig ist, lediglich für eine Heizung einen Brennstofftank vorzusehen. Stattdessen biete es sich für Elektrofahrzeuge an, eine elektrisch betriebene Heizung zu verwenden. Eine elektrische Heizung kann allerdings auch für den Einsatz in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren vorgesehen sein, etwa um Brennstoffzuleitungen einzusparen. Zum Betreiben elektrischer Heizungen werden verhältnismäßig hohe Spannungen und große Ströme verwendet. Daraus ergibt sich ein erhöhter Sicherheitsbedarf für die elektrische Verschaltung derartiger Heizungen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische Heizung bereitzustellen, die erhöhten Sicherheitsanforderungen insbesondere im ausgeschalteten Zustand genügt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Im Rahmen dieser Beschreibung ist als eine elektrische Heizung eine Heizung zu verstehen, die elektrische Energie in Wärme umsetzt, um ein Medium oder ein Volumen direkt oder indirekt zu erwärmen. Ein zu erwärmendes Volumen kann beispielsweise ein Fahrgastraum eines Fahrzeugs sein. Ein zu erwärmendes Medium kann ein Wärmeüberträgerfluid sein, etwa ein Gas wie Luft oder eine Flüssigkeit wie Wasser oder ein Wasser/Alkohol-Gemisch, beispielsweise ein Wasser/Glykol-Gemisch. Die elektrische Heizung kann insbesondere für einen mobilen Einsatz vorgesehen sein, beispielsweise für ein Fahrzeug, etwa einem Elektro-Fahrzeug, einem Diesel-Fahrzeug, einem Hybrid-Fahrzeug oder allgemein einem Kraftfahrzeug. Die elektrische Heizung kann als mobile Heizung ausgebildet sein. Zur Umsetzung von elektrischer Energie in Wärme kann die elektrische Heizung eine elektrisch betreibbare Heizeinrichtung aufweisen, die beispielsweise ein oder mehrere Heizelemente aufweisen kann. Es ist vorstellbar, dass ein Heizelement in wärmeübertragenden Kontakt mit einem Wärmeübertrager und/oder einem zu erwärmenden Medium bringbar ist, beispielsweise mit einem Wärmeüberträgerfluid. Ein solcher Kontakt kann beispielsweise über einen Wärmeübertrager bereitgestellt sein, der einerseits in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Heizelement und andererseits in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Fluid stehen kann. Ein Heizelement kann allgemein als elektrischer Heizwiderstand ausgebildet sein. Insbesondere kann ein elektrischer Heizwiderstand, der Wärme erzeugt, wenn ein elektrischer Strom ihn durchfließt, als Heizelement angesehen werden. Ein elektrischer Strom, der ein Heizelement durchfließt, um dieses zu erwärmen, kann als Heizstrom bezeichnet werden. Ein Heizelement oder Heizwiderstand weist im Allgemeinen einen im Vergleich zu Leitungswiderständen hohen Widerstandswert auf. Ein Heizwiderstand kann beispielsweise in Form eines zu einer Spule gewickelten Leitungsdrahtes oder Heizdrahtes oder in Filmtechnologie ausgebildet sein, beispielsweise in Dickfilmtechnologie. Es ist vorstellbar, dass ein Heizwiderstand in einem Oberflächenbeschichtungsverfahren hergestellt ist, insbesondere vermittels eines thermischen Spritzverfahrens, welches beispielsweise ein Plasmaspritzverfahren sein kann. Ein Heizelement oder ein Heizwiderstand kann insbesondere ein metallisches und/oder leitendes Material umfassen oder daraus hergestellt sein. Das Material kann einen im Wesentlichen mit der Temperatur linear steigenden elektrischen Widerstand aufweisen. Es kann insbesondere zweckmäßig sein, wenn ein Heizwiderstand oder ein Heizelement ein Kaltleitermaterial aufweist oder aus einem solchen hergestellt ist. Das Material, welches ein Heizelement oder ein Heizwiderstand umfasst oder aus welchem es besteht, kann ein nichtkeramisches Material sein. Es ist insbesondere vorstellbar, dass keines der Heizelemente oder Heizwiderstände der Heizeinrichtung als PTC-Heizelement ausgebildet ist und/oder eine automatische Abschaltfunktion und/oder Leitungsaufnahmebegrenzung bei Erreichen einer Grenztemperatur aufweist. Eine Heizeinrichtung kann mit einer Steuereinrichtung verbunden oder verbindbar sein. Es ist vorstellbar, dass die Heizeinrichtung nach Maßgabe der Steuereinrichtung ansteuerbar ist. Eine Heizeinrichtung kann ein oder mehrere Steuerelemente und/oder Schalteinrichtungen zur Ansteuerung und Schaltung der Heizeinrichtung aufweisen, welche durch eine Steuereinrichtung steuerbar sein können. Insbesondere kann eine Heizeinrichtung dazu ausgelegt sein, für einen gepulsten Betrieb durch eine Steuereinrichtung ansteuerbar zu sein. Eine Heizeinrichtung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass ein Großteil beziehungsweise der größte Teil der von ihr erzeugten Wärme über einen oder mehrere elektrische Heizwiderstände erzeugt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass von einer Heizeinrichtung umgesetzte elektrische Leistung im Wesentlichen oder größtenteils in Wärme umgesetzt wird. Eine Spannungsversorgung und/oder Stromversorgung kann eine Heizspannung und/oder einen Heizstrom für die elektrische Heizung bereitstellen. Dabei kann insbesondere ein Bordnetz eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, als Spannungsversorgung einer Heizspannung dienen. Die Heizspannung kann eine Gleichspannung sein. Als eine Heizspannung kann diejenige Spannung angesehen werden, die zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme an die Heizeinrichtung und/oder ein oder mehrere Heizelemente oder Heizwiderstände angelegt wird oder anlegbar ist. Eine Heizspannung kann beispielsweise über oder bei 250 V, 400 V, 500 V, 550 V, 600 V oder 650 V liegen. Die hierin erwähnten Spannungswerte, insbesondere die Grenzwerte, können als Betragswerte von Spannungen angesehen werden. Die Spannungsversorgung kann insbesondere einen ersten Pol und einen zweiten Pol aufweisen, zwischen denen eine Heizspannung bereitgestellt ist und/oder abfällt. Eine elektrische Heizeinrichtung kann pulsweitenmoduliert betrieben werden. In diesem Fall können über eine Pulsweitenmodulationseinrichtung die elektrische Heizeinrichtung und/oder ein oder mehrere Heizelemente oder Heizwiderstände derart angesteuert sein, dass sie gemäß einem oder mehreren Pulssteuersignalen betrieben sind. Insbesondere kann ein Stromfluss durch ein Heizelement oder einen Heizwiderstand gemäß einem Pulssteuersignal erfolgen. Dabei kann etwa ein Transistor gemäß dem Pulssteuersignal einen Stromfluss durch eine Heizeinrichtung oder ein oder mehrere Heizelemente oder Heizwiderstände ermöglichen. Eine Pulsweitenmodulationseinrichtung kann einen oder mehrere Transistoren aufweisen, die durch unterschiedliche oder gleiche Pulssteuersignale angesteuert sein können. Ein Pulssteuersignal kann periodisch sein. Es ist vorstellbar, dass ein Pulssteuersignal von einer Steuereinrichtung bereitgestellt wird. Allgemein können zwei Komponenten oder zwei Anschlüsse oder ein Anschluss und eine Komponente als miteinander verbunden gelten, wenn ein elektrischer Strom zwischen ihnen fließen kann. Zwei Komponenten oder zwei Anschlüsse oder ein Anschluss und eine Komponente können als miteinander verbindbar angesehen werden, wenn eine oder mehrere Schalteinrichtungen derart geschaltet werden können, dass zwischen den Komponenten und/oder Anschlüssen ein elektrischer Strom zu fließen vermag. Eine Verbindung kann als unterbrochen angesehen werden, wenn zwischen zwei Komponenten oder zwei Anschlüssen oder einer Komponente und einem Anschluss kein Strom fließen kann. Eine elektrische Heizung oder Heizeinrichtung kann dazu ausgelegt sein, eine Heizleistung in einem bestimmten Leistungsbereich bereitzustellen. Insbesondere kann eine elektrische Heizung für eine maximale Heizleistung ausgelegt sein. Die maximale Heizleistung kann auf eine maximale und/oder nominale Heizspannung abgestimmt sein. Es kann zweckmäßig sein, wenn die maximale Heizleistung etwa 3000 W, 4000 W, 5000 W, 6000 W oder 7000 W beträgt oder übersteigt. Eine elektrische Heizung oder Heizeinrichtung kann bezüglich der Heizleistung einstellbar sein. Es kann vorgesehen sein, dass eine gewünschte oder geforderte Heizleistung einstellbar ist. Dazu kann eine Einstellvorrichtung oder Eingabevorrichtung zum Einstellen der gewünschten Heizleistung vorhanden sein. Eine Schalteinrichtung kann allgemein mit einer ersten Komponente einer Schaltung oder einem ersten Anschluss einer Schaltung und mit einer zweiten Komponente der Schaltung oder einem zweiten Anschluss der Schaltung verbunden sein. Eine Schalteinrichtung kann allgemein mindestens eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung aufweisen. Das Schalten einer Schalteinrichtung kann das Bringen der Schalteinrichtung von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung oder umgekehrt bedeuten. Es kann vorgesehen sein, dass eine Schalteinrichtung in der ersten Schaltstellung die erste Komponente oder den ersten Anschluss mit der zweiten Komponente oder dem zweiten Anschluss verbindet. Entsprechend kann die erste Schaltstellung als ”An”-Stellung der Schalteinrichtung bezeichnet werden. In der zweiten Schaltstellung kann eine Schalteinrichtung eine Verbindung zwischen der ersten Komponente oder dem ersten Anschluss und der zweiten Komponente oder dem zweiten Anschluss unterbrechen. Entsprechend kann die zweite Schaltstellung als ”Aus”-Stellung der Schalteinrichtung bezeichnet werden. Eine Schalteinrichtung kann ein oder mehrere Schaltelemente aufweisen. Es ist auch vorstellbar, dass ein Schaltelement eine Schalteinrichtung bildet. Ein Schaltelement kann ein elektronisches Schaltelement oder ein elektromechanisches Schaltelement sein. Ein elektronisches Schaltelement kann beispielsweise ein Transistor sein. Ein Transistor kann allgemein ein Leistungstransistor und/oder beispielsweise ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (engl: insulated-gate bipolar transistor; IGBT), ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (engl: metal oxide semiconductor field-effect transistor; MOSFET) oder ein Transistor anderer Bauart sein. Ein elektromechanisches Schaltelement kann beispielsweise ein Relaisschalter oder ein anderer Schalter sein, der sich durch eine geeignete Ansteuerung von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung und umgekehrt bewegen lässt. Für Schaltelemente wie Relaisschalter oder Transistoren gilt allgemein, dass sie sich in einer ”An”-Stellung befinden können, wenn ein Steuersignal oder Schaltsignal an sie gelegt wird, so dass sie einen bestimmten Stromdurchfluss ermöglichen. Für Transistoren kann dies insbesondere bedeuten, dass ein Steuersignal an einem Steuereingang (”Gate”) anliegt, um über den Eingang und den Ausgang des Transistors einen Stromfluss zu erlauben. Bei einem elektromechanischen Schaltelement kann ein Schaltsignal oder Steuersignal auf einen Elektromagneten wie eine Spule wirken, um eine gewünschte Schaltstellung zu erreichen. Eine Schalteinrichtung kann allgemein als Pulsweitenmodulationseinrichtung ausgebildet sein, welche zum gepulsten Betrieb der Heizung oder Heizeinrichtung ansteuerbar sein kann.
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Es wird eine elektrische Heizung mit einer elektrisch betreibbaren Heizeinrichtung beschrieben. Die elektrische Heizung umfasst eine erste Schalteinrichtung, welche eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung aufweist, wobei in der ersten Schaltstellung der ersten Schalteinrichtung die Heizeinrichtung durch die erste Schalteinrichtung elektrisch mit einem ersten Pol einer Spannungsversorgung verbunden oder verbindbar ist und in der zweiten Schaltstellung der ersten Schalteinrichtung die erste Schalteinrichtung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Heizeinrichtung und dem ersten Pol unterbricht, sowie eine zweite Schalteinrichtung, welche eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung aufweist, wobei in der ersten Schaltstellung der zweiten Schalteinrichtung die Heizeinrichtung durch die zweite Schalteinrichtung elektrisch mit einem zweiten Pol einer Spannungsversorgung verbunden oder verbindbar ist und in der zweiten Schaltstellung der zweiten Schalteinrichtung die zweite Schalteinrichtung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Heizeinrichtung und dem zweiten Pol unterbricht. Die elektrische Heizung weist außerdem eine Prüfschaltung auf, welche es vermag, die Funktionsfähigkeit der ersten Schalteinrichtung und/oder der zweiten Schalteinrichtung zu überprüfen. Die Heizeinrichtung ist in Reihe zwischen der ersten Schalteinrichtung und der zweiten Schalteinrichtung geschaltet. Auf diese Art ist sichergestellt, dass die Heizeinrichtung sowohl über die erste Schalteinrichtung vom ersten Pol der Spannungsversorgung getrennt werden kann, als auch über die zweite Schalteinrichtung vom zweiten Pol der Spannungsversorgung. Es wird somit eine vollständige Trennung der Heizeinrichtung von der Spannungsversorgung erreicht, so dass im ausgeschalteten Zustand der Heizung sich kein Potential bei der Heizeinrichtung oder damit elektrisch verbundener Komponenten ausbilden kann, beispielsweise bei entsprechenden Gehäusen. Ein ausgeschalteter Zustand der Heizung kann einem Zustand entsprechen, in dem sich die erste Schalteinrichtung und/oder die zweite Schalteinrichtung in der zweiten Schaltstellung befindet, also ”Aus”-geschaltet ist. Es kann zweckmäßig sein, wenn in einem ausgeschalteten Zustand der Heizung sowohl die erste Schalteinrichtung als auch die zweite Schalteinrichtung ”Aus”-geschaltet ist. Ein ”An”-Zustand der Heizung kann ein Zustand sein, in welchem zumindest die erste Schalteinrichtung und/oder die zweite Schalteinrichtung sich in der ersten Schaltstellung befindet, also ”An”-geschaltet ist. Dabei kann die ”An”-geschaltete Schalteinrichtung als eine Art Hauptschalter angesehen werden. Es kann zweckmäßig sein, wenn in einem ”An”-Zustand der Heizung die erste Schalteinrichtung und die zweite Schalteinrichtung jeweils in die erste Schaltstellung geschaltet sind. Es ist vorstellbar, dass die Heizeinrichtung eine oder mehrere weitere Schalteinrichtungen aufweist und/oder der Heizeinrichtung eine oder mehrere weitere Schalteinrichtungen zugeordnet sind. Es ist vorstellbar, dass mindestens eine weitere Schalteinrichtung in Reihe zwischen die erste Schalteinrichtung und die zweite Schalteinrichtung geschaltet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine weitere Schalteinrichtung in Reihe zwischen die Heizeinrichtung oder ein Heizelement und die erste Schalteinrichtung oder die zweite Schalteinrichtung geschaltet sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Betriebsmodus der Heizeinrichtung insbesondere hinsichtlich bestimmter Betriebsparameter wie der Heizleistung, Pulsdauer im Heizbetrieb, etc. über die eine oder mehrere weiteren Schalteinrichtungen gesteuert wird oder steuerbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die erste Schalteinrichtung und die zweite Schalteinrichtung zum ”An”-Schalten oder ”Aus”-Schalten der Heizung ausgebildet sind, wobei die eine oder mehrere weiteren Schalteinrichtungen zur Ansteuerung durch eine Steuereinrichtung für einen Heizbetrieb beispielsweise nach bestimmten Betriebsparametern ausgebildet sein können. Somit kann die Funktion des An-/Ausschaltens der Heizung oder Heizeinrichtung von der Steuerung im Betrieb getrennt werden, wodurch sich die Betriebssicherheit erhöhen lässt. Dabei kann beispielsweise eine Pulsweitenmodulation der Heizeinrichtung über die eine oder mehreren weiteren Schalteinrichtungen erfolgen. Die erste Schalteinrichtung und/oder die zweite Schalteinrichtung und/oder gegebenenfalls eine oder mehrere weitere Schalteinrichtungen können durch eine elektronische Steuereinrichtung ansteuerbar sein. Die elektronische Steuereinrichtung kann als Teil der Heizung oder separat davon ausgebildet sein. Es kann jedem Heizelement oder Heizwiderstand der Heizeinrichtung jeweils eine erste Schalteinrichtung und eine zweite Schalteinrichtung zugeordnet sein, wodurch sich jedes einzelne Heizelement und/oder jeder einzelne Heizwiderstand gezielt von der Spannungsversorgung abtrennen lässt. Dabei kann jedem Heizelement und/oder Heizwiderstand jeweils eine Prüfschaltung zugeordnet sein. Allgemein kann eine Prüfschaltung beispielsweise dazu ausgebildet sein, den Spannungsabfall über der ersten Schalteinrichtung und/oder der zweiten Schalteinrichtung zu erfassen und/oder zu überprüfen, ob an der ersten Schalteinrichtung und/oder der zweiten Schalteinrichtung ein Kurzschluss vorliegt. Dazu kann beispielsweise eine Prüfungsschaltung eine erste Prüfeinrichtung und/oder eine zweite Prüfeinrichtung aufweisen. Es kann zweckmäßig sein, wenn die erste Prüfeinrichtung mit einem Knoten zwischen der Heizeinrichtung und der ersten Schalteinrichtung verbunden oder verbindbar ist. Die zweite Prüfeinrichtung kann mit einem Knoten zwischen der Heizeinrichtung und der zweiten Schalteinrichtung verbunden oder verbindbar sein. Die Prüfschaltung oder die erste Prüfeinrichtung kann beispielsweise einen elektromechanischen oder elektronischen Schalter aufweisen und/oder eine erste Messeinrichtung umfassen, welche einen Prüfwiderstand umfassen oder als solcher ausgebildet sein kann. Die zweite Prüfeinrichtung kann beispielsweise einen elektromechanischen oder elektronischen Schalter aufweisen und/oder eine zweite Messeinrichtung umfassen, welche einen Prüfwiderstand umfassen oder als solcher ausgebildet sein kann. Die Schalteinrichtung und/oder die Messeinrichtung einer Prüfeinrichtung kann mit einer Steuereinrichtung und/oder einem Knoten der Heizung verbunden oder verbindbar sein. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine mit ihr verbundene Messeinrichtung und/oder eine mit ihr verbundene Prüfeinrichtung anzusteuern. Allgemein kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, Prüfsignale von der Prüfschaltung zu empfangen und/oder auszuwerten, um die Funktionsfähigkeit der zugeordneten Schalteinrichtung oder Schalteinrichtungen zu überprüfen. Es ist vorstellbar, dass eine erste Prüfeinrichtung und/oder eine zweite Prüfeinrichtung und/oder eine erste Messeinrichtung und/oder eine zweite Messeinrichtung zur Übermittlung von Prüfdaten oder Prüfsignalen mit der Steuereinrichtung verbunden oder verbindbar ist. Prüfdaten oder Prüfsignale können von der Steuereinrichtung empfangen werden und/oder Rückschlüsse auf einen Funktionszustand der zugeordneten Schalteinrichtung zulassen. Die Steuereinrichtung und/oder die Prüfschaltung und/oder die erste Prüfeinrichtung und/oder die zweite Prüfeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, ein Warnsignal zu erzeugen, falls eine Fehlfunktion der ersten Schalteinrichtung und/oder zweiten Schalteinrichtung vorliegt. Eine derartige Fehlfunktion kann beispielsweise ein Kurzschluss der entsprechenden Schalteinrichtung sein. Es kann zweckmäßig sein, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, bei Vorliegen einer Fehlfunktion die entsprechende Schalteinrichtung, welche die Fehlfunktion aufweist, für eine Schaltung in den ersten Schaltzustand zu sperren, so dass die entsprechende Schalteinrichtung nicht in die erste Schaltstellung schaltbar ist. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, zu verhindern, dass die erste Schalteinrichtung in die erste Schaltstellung gebracht wird, falls eine Fehlfunktion der ersten Schalteinrichtung vorliegt. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, zu verhindern, dass die zweite Schalteinrichtung in die erste Schaltstellung gebracht wird, falls eine Fehlfunktion der zweiten Schalteinrichtung vorliegt. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, bei Vorliegen einer Fehlfunktion der ersten Schalteinrichtung und/oder der zweiten Schalteinrichtung und/oder bei Vorliegen eines entsprechenden Prüfsignals von der Prüfschaltung zu verhindern, dass die erste Schalteinrichtung und/oder die zweite Schalteinrichtung in ihre jeweilige ersten Schaltstellung geschaltet werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, bei Vorliegen einer Fehlfunktion der ersten Schalteinrichtung und/oder der zweiten Schalteinrichtung und/oder bei Vorliegen eines entsprechenden Prüfsignals von der Prüfschaltung die erste Schalteinrichtung und/oder die zweite Schalteinrichtung jeweils in die zweite Schaltstellung zu schalten. Es kann insbesondere zweckmäßig sein, die Steuereinrichtung derart auszubilden, dass sie bei Vorliegen einer Fehlfunktion einer der Schalteinrichtungen oder bei Vorliegen eines entsprechenden Prüfsignals beide Schalteinrichtungen in die zweite Schaltstellung schaltet und/oder verhindert, dass irgendeine der ersten Schalteinrichtung und der zweiten Schalteinrichtung in die erste Schaltstellung geschaltet wird.
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Die erste Schalteinrichtung und/oder die zweite Schalteinrichtung kann einen elektromechanischen Schalter aufweisen oder als ein solcher elektromechanischer Schalter ausgebildet sein. Ein elektromechanischer Schalter kann auf einfache Art eine galvanische Trennung von einem Pol der Spannungsversorgung bewirken, so dass die Heizeinrichtung sicher und zuverlässig von dem Pol getrennt werden kann. Ein elektromechanischer Schalter der ersten und/oder zweiten Schalteinrichtung kann insbesondere als ein Hauptschalter vorgesehen sein, über welchen sich die Heizung in einen heizfähigen Modus versetzen lässt. Ein elektromechanischer Schalter kann elektrisch oder elektronisch und/oder mechanisch und/oder manuell betätigbar sein. Das Betätigen eines Schalters kann dabei das Schalten des Schalters von einer Schaltstellung in eine andere Schaltstellung bedeuten.
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Es ist vorstellbar, dass die erste Schalteinrichtung und/oder die zweite Schalteinrichtung einen elektronischen Schalter wie einen Transistor aufweist oder als ein solcher elektronischer Schalter ausgebildet ist. Ein elektronischer Schalter lässt sich mit geringem Stromverbrauch ansteuern und geräuscharm und sehr schnell schalten. Außerdem lassen sich elektronische Schalter sehr kompakt und gewichtsarm ausbilden. Es kann vorgesehen sein, dass ein elektronischer Schalter der ersten Schalteinrichtung und/oder zweiten Schalteinrichtung als ein Steuerschalter vorgesehen ist, über welchen ein Betriebsmodus eine durch einen Hauptschalter heizfähig geschaltete Heizung ansteuerbar ist und/oder angesteuert wird. Insbesondere kann der elektronische Schalter als Teil einer Pulsweitenmodulationseinrichtung ausgebildet sein.
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Bei einer Weiterbildung kann die erste Schalteinrichtung einen elektromechanischen Schalter und die zweite Schalteinrichtung einen elektronischen Schalter aufweisen. Somit kann einerseits eine besonders zuverlässige Trennung von mindestens einem Pol erreicht werden, andererseits wird eine insgesamt gewichtsarme Bauweise ermöglicht. Die erste Schalteinrichtung kann dabei dazu ausgebildet sein, die Funktion einer Hauptschalteinrichtung erfüllen, die zur Bereitstellung einer Heizmöglichkeit durch die Heizung in die erste Schaltstellung geschaltet wird. Dies kann beispielsweise erfolgen, wenn ein Fahrzeug, in welches die Heizung eingebaut ist, gestartet wird oder ein Benutzer einen Heizbetrieb anschaltet. Es ist vorstellbar, die zweite Schalteinrichtung derart auszubilden, dass eine Steuerung eines eigentlichen Heizmodus über eine Ansteuerung der zweiten Schalteinrichtung zu erfolgen vermag.
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Es kann zweckmäßig sein, wenn die erste Schalteinrichtung und/oder die zweite Schalteinrichtung mit einer elektronischen Steuereinrichtung verbunden oder verbindbar ist. Durch eine elektronische Steuereinrichtung können die Schalteinrichtungen besonders effizient angesteuert werden. Insbesondere dann, wenn die erste Schalteinrichtung und/oder die zweite Schalteinrichtung einen elektromechanischen Schalter aufweist, kann vorgesehen sein, dass die erste Schalteinrichtung und/oder die zweite Schalteinrichtung auch manuell und/oder mechanisch betätigbar ist.
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Die Heizeinrichtung kann mindestens einen Heizwiderstand umfassen. Ein Heizwiderstand lässt sich kostengünstig herstellen und ist widerstandfähig beispielsweise gegenüber Stößen. Wenn ein Heizwiderstand keine automatische Abschaltfunktion bei Überhitzung aufweist, ist die beschriebene Anordnung von Schalteinrichtungen besonders zweckmäßig.
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Die Heizeinrichtung kann mindestens einen ersten Heizwiderstand und einen zweiten Heizwiderstand umfassen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung mehrere Heizwiderstände aufweist, die über eine oder mehrere weitere Schalteinrichtungen wahlweise in Reihe und/oder parallel schaltbar sein können. Die Heizeinrichtung kann eine oder mehrere weitere Schalteinrichtungen umfassen, oder eine oder mehrere weitere Schalteinrichtungen können separat von der Heizeinrichtung ausgebildet sein, um mit der Heizeinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar zu sein.
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Der erste Heizwiderstand und der zweite Heizwiderstand können durch eine elektronische Steuereinrichtung seriell zueinander und/oder parallel zueinander schaltbar sein. Die elektronische Steuereinrichtung kann dabei mit mindestens einer weiteren Schalteinrichtung verbunden oder verbindbar sein, welche Teil der Heizeinrichtung und/oder dieser zugeordnet sein kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine Steuereinrichtung es vermag, die erste und/oder zweite Schalteinrichtung basierend auf einem Prüfsignal der Prüfschaltung in die jeweilige zweite Schaltstellung zu steuern. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung zur Ansteuerung und/oder zum Schalten mit der ersten Schalteinrichtung und/oder der zweiten Schalteinrichtung verbunden oder verbindbar ist. Die Steuereinrichtung kann zum Empfang von Prüfsignalen von der Prüfschaltung und/oder zur Ansteuerung mit der Prüfschaltung verbunden oder verbindbar sein.
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Es ist ferner ein Fahrzeug mit einer hierin beschriebenen elektrischen Heizung vorstellbar.
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Die Heizung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand einer Ausführungsform beispielhaft erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine elektrische Heizung.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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In 1 wird eine elektrische Heizung 10 gezeigt, wie sie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Über einen ersten Pol 12 einer Spannungsversorgung und einen zweiten Pol 14 einer Spannungsversorgung kann eine Heizspannung bereitgestellt werden. Es ist eine elektrisch betreibbare Heizeinrichtung 16 vorgesehen. Die elektrisch betreibbare Heizeinrichtung 16 ist über eine erste Schalteinrichtung 18 mit dem ersten Pol 12 verbindbar. Über eine zweite Schalteinrichtung 20 ist die Heizeinrichtung 16 mit dem zweiten Pol 14 verbindbar. Es ist ferner eine Steuereinrichtung 22 vorgesehen, die beispielsweise einen Mikroprozessor, eine integrierte Schaltung oder eine ähnliche elektronische Steuereinrichtung sein kann. Die Steuereinrichtung 22 ist mit der ersten Schalteinrichtung 18 derart verbunden, dass sie die erste Schalteinrichtung 18 anzusteuern vermag. Insbesondere vermag es die Steuereinrichtung 22, die erste Schalteinrichtung 18 zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung umzuschalten.
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Die Steuereinheit ist ferner mit der zweiten Schalteinrichtung 20 verbunden, um diese ansteuern zu können und ebenfalls von einer ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung und umgekehrt schalten zu können. Die erste Schaltstellung der ersten Schalteinrichtung 18 und der zweiten Schalteinrichtung 20 entspricht jeweils dem ”An”-Zustand, während die zweite Schaltstellung jeweils dem ”Aus”-Zustand entspricht. Es ist ferner eine Prüfschaltung vorgesehen, welche eine erste Prüfseinrichtung 24 und eine zweite Prüfeinrichtung 26 umfasst. Die erste Prüfeinrichtung 24 ist zwischen der Heizeinrichtung 16 und der ersten Schalteinrichtung 18 geschaltet und ist zur Übertragung von Prüfsignalen mit der Steuereinrichtung 22 verbunden. Die zweite Prüfeinrichtung 26 ist zwischen der Heizeinrichtung 16 und dem zweiten Pol 14 geschaltet und ist ebenfalls zur Übertragung von Prüfsignalen mit der Steuereinrichtung 22 verbunden. Das Heizelement 16 ist bezüglich des ersten Pols 12 und des zweiten Pols 14 in Reihe zwischen der ersten Schalteinrichtung 18 und der zweiten Schalteinrichtung 20 geschaltet. Basierend auf Prüfsignalen von der ersten Prüfeinrichtung 24 und der zweiten Prüfeinrichtung 26, die als Teile einer Prüfschaltung angesehen werden können, vermag es die Steuereinrichtung 22, die erste Schalteinrichtung 18 und die zweite Schalteinrichtung 20 anzusteuern. Die Steuereinrichtung 22 kann ferner dazu ausgebildet oder verbunden sein, Steuerbefehle zum Betrieb der Heizeinrichtung 16 zu empfangen und/oder die Heizung 16 basierend darauf anzusteuern. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 22 mit Temperatursensoren, Eingabevorrichtungen und/oder weiteren Steuereinrichtungen verbunden oder verbindbar sein. Stellt die Steuereinrichtung 22 basierend auf einem Prüfsignal von der ersten Prüfeinrichtung 24 und/oder der zweiten Prüfeinrichtung 26 fest, dass mindestens eine der Schalteinrichtungen 18, 20 eine Fehlfunktion aufweist, vermag es die Steuereinrichtung 22, die entsprechende fehlerhafte Schalteinrichtung 18 oder 20 derart zu sperren, dass sie nicht in die erste Schaltstellung gebracht werden kann und/oder die Steuereinrichtung 22 steuert die entsprechende Schalteinrichtung 18 oder 20 derart an, dass sie aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung gebracht wird, falls sie sich in der ersten Schaltstellung befindet, wenn eine Fehlfunktion auftritt. Zweckmäßigerweise steuert die Steuereinrichtung 22 im Fall einer Fehlfunktion einer der Schalteinrichtungen 18 oder 20 auch die andere der Schalteinrichtungen 18 oder 20 derart an, dass sie in die zweite Schaltstellung verbracht wird und/oder nicht von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung geschaltet werden kann. Somit wird die Heizeinrichtung 16 allpolig von der Spannungsversorgung getrennt. Damit kann beispielsweise verhindert werden, dass über die Heizeinrichtung 16 ein hochvoltiges Potenzial an mit der Heizeinrichtung 16 verbundenen Bauteilen wie beispielsweise der Steuereinrichtung 22 anliegt, obwohl die Heizung ausgeschaltet ist. Es wird insbesondere verhindert, dass das Gehäuse der Steuereinrichtung 22 bei ausgeschaltetem Zustand ein hohes Potenzial aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass eine der Schalteinrichtungen 18, 20, beispielsweise die erste Schalteinrichtung 18, als elektromechanischer Schalter ausgebildet ist, der zu einer vollständigen galvanischen Trennung der Heizeinrichtung 16 von dem ihm zugeordneten Pol führt. Die andere Schalteinrichtung, beispielsweise die zweite Schalteinrichtung 20, kann als elektronisches Schaltelement ausgebildet sein, beispielsweise als Leistungstransistor. Somit kann die Steuereinrichtung 22 beispielsweise durch gezielte pulsweitenbasierte Ansteuerung der zweiten Schalteinrichtung 20 bei angeschalteter erster Schalteinrichtung 18 den Betriebsmodus oder Heizmodus der Heizeinrichtung 16 ansteuern. Es ist vorstellbar, dass die Heizeinrichtung 16 mehrere Heizelemente und/oder Heizwiderstände aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass jedem Heizelement und/oder jedem Heizwiderstand wie in 1 gezeigt eine Prüfschaltung und/oder eine erste Schalteinrichtung und eine zweite Schalteinrichtung zugeordnet ist, so dass jedes Heizelement und/oder jeder Heizwiderstand separat über die zugeordnete erste Schalteinrichtung und die zweite Schalteinrichtung allpolig von der Spannungsversorgung getrennt werden kann. Dadurch können im Fall von Fehlfunktionen bestimmte Heizelemente und/oder Heizwiderstände gezielt abgeschaltet werden, während die anderen Heizelemente oder Heizwiderstände weiterhin einsetzbar bleiben. Alternativ ist vorstellbar, dass mehrere Heizelemente und/oder Heizwiderstände der Heizeinrichtung 16 durch eine erste Schalteinrichtung 18 und eine zweite Schalteinrichtung 20 gemeinsam ansteuerbar sind und/oder von einem ersten Pol und einem zweiten Pol 14 abgetrennt werden können. Die Heizeinrichtung 16 kann auch weitere Schalteinrichtungen aufweisen, die durch eine Steuereinrichtung ansteuerbar sein können, beispielsweise die Steuereinrichtung 22. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die weiteren Schalteinrichtungen zur Steuerung des Heizbetriebs ansteuerbar sind, während die erste Schalteinrichtung 18 und die zweite Schalteinrichtung 20 zum ”An”-Schalten oder ”Aus”-Schalten der Heizung dienen.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektrische Heizung
- 12
- erster Pol der Spannungsversorgung
- 14
- zweiter Pol der Spannungsversorgung
- 16
- Heizeinrichtung
- 18
- erste Schalteinrichtung
- 20
- zweite Schalteinrichtung
- 22
- Steuereinrichtung
- 24
- erste Prüfeinrichtung
- 26
- zweite Prüfeinrichtung
