DE3509073A1

DE3509073A1 - Elektrische heizung, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3509073A1
Application number: DE19853509073
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 3180 Wolfsburg Lissel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1984-03-24
Filing date: 1985-03-14
Publication date: 1985-09-26
Anticipated expiration: 2005-03-15
Also published as: DE3509073C2

Description

Elektrische Heizung, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Betrachtet man die Verhältnisse beim Heizen des Innenraums eines Kraftfahrzeugs, wofür die Erfindung bevorzugt Einsatz finden soll, so ergeben sich besondere Schwierigkeiten gerade dann, wenn eine wirksame Heizung erforderlich ist, nämlich beim Starten der Maschine des Fahrzeugs bei kalter Witterung. Übliche Heizungen von Kraftfahrzeugen sehen nämlich eine Ausnutzung der Wärme der Abgase bzw.
des Kühimittels der Maschine vor; diese Wärme ist aber während des Startens und einige Zeit danach sehr beschränkt. Es ist daher auch bekannt, selbständige Zusatzheizungen mit einem Brenner einzusetzen, der Kraftstoff verbraucht.
Bekannt sind schließlich Zusatzheizungen zum schnellen Aufheizen, die nur bis zum Erreichen einer bestimmten Temperatur des aufzuheizenden Raumes bzw. des Kühlmittels der Maschine oder dergleichen wirksam sind und ihre Energie dem Bordnetz des Fahrzeugs entnehmen. Bei diesen elektrischen Zusatzheizungen treten aber insofern Schwierigkeiten auf, als diese ihre Energie nicht der Batterie des Fahrzeugs entnehmen dürfen, deren Speichervermögen ohnehin in der kalten 3ahreszeit verringert ist.
Bei einer aus der US-PS 4 188 527, B60L 1/02, bekannten elektrischen Zusatzheizung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 liegt zumindest ein elektrischer Heizwiderstand zwischen der Ausgangsklemme des Generators einerseits und der Batterie sowie den üblichen Verbrauchern des Fahrzeugs, wie Zündeinrichtung, Startermotor usf., andererseits, d.h. in Reihe mit diesen Verbrauchern, so daß er von dem jeweils vom Generator abgegebenen Generatorstrom durchflossen ist.
Parallel zu diesem Heizwiderstand liegt ein mittels eines Relaiskontakts dann geschlossener widerstandsarmer Bypass, wenn der zu heizende Raum eine vorgegebene Temperatur erreicht hat und/oder die Belastung des Generators so groß geworden ist, daß zur Speisung des Heizwiderstands die Batterie dienen muß und ihre Spannung unter einen vorgegebenen Wert abgesunken ist.
Diese bekannte elektrische Heizung besitzt mehrere schwerwiegende Nachteile. Zum einen ist infolge der beschriebenen Reihenschaltung von Heizwiderstand und Verbrauchern der den Heizwiderstand durchfließende Strom und damit die Heizleistung abhängig von dem jeweiligen Generatorstrom, d.h. den jeweils eingeschalteten Verbrauchern. Auch erfolgt die Durchschaltung des erwähnten widerstandsarmen Bypasses und damit die Entlastung der Batterie erst dann, wenn die Batteriespannung bereits abzusinken beginnt. Weiterhin spricht die Entgegenhaltung zwar von einer Anpassung zwischen der vom Generator abgegebenen Leistung einerseits und der Belastung desselben andererseits, sieht aber in diesem Zusammenhang bezüglich der elektrischen Heizung nur eine vollständige Ein- oder Ausschaltung derselben vor, so daß die vom Generator abgegebene Leistung zwar noch erheblich höher als die von den übrigen Verbrauchern aufgenommene sein mag, aber dennoch bereits die elektrische Heizung vollständig abgeschaltet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Heizung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die insbesondere, aber nicht ausschließlich als Zusatzheizung für Kraftfahrzeuge Einsatz finden kann und die Möglichkeit bietet, ohne Belastung der Batterie eine bessere Ausnutzung des Leistungsüberschusses des Generators für elektrische Heizzwecke zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen beschreiben die Unteransprüche.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die die einzelnen Heizwiderstände durchfließenden Ströme und damit die Heizleistungen zumindest weitgehend unabhängig von den übrigen eingeschalteten Verbrauchern sind.
Zur Abrundung des Stands der Technik sei in diesem Zusammenhang noch auf die DE-OS 27 06 130, B60L 1/02, verwiesen, die eine Wähleinrichtung für eine Mehrspannungsheizung von Fahrzeugen betrifft. Diese bekannte Heizung weist mehrere gruppenweise betriebene Heizwiderstände auf. Die anstehende Betriebsspannung wird nach Spannungshöhe und Frequenz in Digitalimpulse umgesetzt, die einer programmierbaren Logik zugeführt werden, die ihrerseits in Abhängigkeit von den aufgenommenen Impulsen die Umgruppierung der Heizwiderstände durchführende Schaltelemente auslöst. Hier geht es also nicht um die individuelle Ein- bzw. Abschaltung von Heizwiderständen in Abhängigkeit vom Leistungsüberschuß eines Generators unter Vermeidung der Entladung einer Batterie, sondern um die Berücksichtigung der Tatsache, daß beispielsweise im internationalen Eisenbahnverkehr unterschiedliche Spannungen und Frequenzen angeboten werden.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild und Fig. 2 den Verlauf verschiedener Spannungen bzw.
Signale über dem Generatorstrom.
Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist an den Erregerwicklungsanschluß DF (Ausgang des Reglers R) des Drehstromgenerators 1 der Begrenzer 2 angeschaltet. Die Verbraucher sind zusammengefaßt bei V angedeutet. In diesem Ausführungsbeispiel wird als Parameter des Erregerstroms die Einschaltzeit desselben ausgenutzt, die proportional der jeweiligen Last des Generators ist. Die entsprechende Impulsspannung wird dem Begrenzer 2 zugeführt, der dieses Signal von Spannungsschwankungen unabhängig macht. Das begrenzte Signal gelangt in den Tiefpass 3, in dem aus der Impulsspannung eine der Last umgekehrt proportionale Gleichspannung U gewonnen wird. Die Höhe dieser Spannung wird in dem Bereichsdiskriminator 4 bewertet, dem das Schieberegister 5 nachgeschaltet ist. Der Diskriminator 4 definiert mit zwei Steuersignalen SL und SR, die auf unterschiedlichen, mit dem Schieberegister 5 verbundenen Steuerleitungen erscheinen, einen definierten Bereich für Werte der Spannung U und damit der jeweiligen Last des Generators 1. In Abhängigkeit von den Signalen SL und SR wird die Schieberichtung des in diesem Ausführungsbeispiel vierstufigen Schieberegisters 5 beim Auffüllen entsprechend den Taktimpulsen des Taktgebers 6 so gesteuert, daß infolge Einschaltung einer bestimmten Anzahl der Heizwiderstände 7, 8, 9 und 10 sich eine resultierende "Last" des Generators 1 ergibt, die innerhalb des erwähnten Bereichs liegt.
Zur Vervollständigung der Beschreibung des Schieberegisters 5 sei ergänzt, daß in dieses über Anschluß DL "0" eingelesen wird, während über Anschluß DR "1" eingelesen wird.
An die einzelnen Stufen des Schieberegisters 5 sind vier Relais 11, 12, 13 und 14 angeschlossen, die an der positiven Klemme +UB der Fahrzeugbatterie liegen. Jedes dieser Relais besitzt einen beweglichen Kontakt 11', 12', 13' bzw. 14' zwischen der Batterieklemme +U einerseits und einem der Heizwiderstände 7 bis 10 anderer-B seits.
Die Anordnung ist also so getroffen, daß in Abhängigkeit von der jeweiligen Last des Generators 1, für die die Spannung U ein Maß ist, über das Schieberegister 5 eine solche Anzahl der - gegebenenfalls unterschiedlich ausgelegten - Heizwiderstände 7, 8, 9 und 10 an Batteriespannung gelegt wird, daß die Spannung U in den durch den Bereichsdiskriminator 4 definierten Bereich gelangt.
Im obersten Diagramm der Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen der Gleichspannung U und dem Generatorstrom I angedeutet. Die Werte der Spannung U, die Grenzen des vom Diskriminator 4 definierten Bereich darstellen, sind mit S0 und 5u bezeichnet; zu ihnen gehören die Generatorströme I1 und I2. Der untere Grenzwert 5u ist so gewählt, daß der zugehörige Strom I2 von dem maximalen Generatorstrom 1max einen Abstand G besitzt, der dem Leistungsbedarf der Grundlast des Generators entspricht. Soll also die Batterie durch die Heizung nicht belastet werden, muß dafür gesorgt werden, daß sich eine Spannung U einstellt, die im obersten Diagramm oberhalb des unteren Grenzwerts 5u liegt.
Der Bereichsdiskriminator 4 arbeitet so, daß er, wenn die Spannung U ansteigt, beim Erreichen des unteren Grenzwerts 5u das Signal SR von "0" auf "1" umschaltet.
Wenn die Spannung die obere Bereichsgrenze So überschreitet, schaltet der Diskriminator 4 das Signal SL von "1" auf "0". Da die Signale SL und SR, wie bereits bemerkt, die Schieberichtung des Schieberegisters 4, also das Einlesen von "0" üt,er DL und von "1" über DR, steuern, wird das Schieberegister 4 entsprechend diesen Signalen mit jedem vom Taktgeber 6 abgegebenen Taktimpuls mit einer "1" oder "0" aufgefüllt. Die Ausgänge des Schieberegisters wiederum steuern nun die einzelnen Relais 11 bis 14 an und aktivieren demgemäß die Heizwiderstände 7 bis 10.
Betrachtet man nun nochmals Fig. 2, in der auch der Verlauf der Signale SR und 5 über den Generatorstrom I angegeben ist, und geht man davon aus, daß der Genrator 1 durch eingeschaltete Verbraucher und den Batterieladestrom eine mittlere Belastung habe, also der Mittelwert der Spannung U oberhalb der oberen Grenze liegt, so bedingt der "0"-Zustand des Signals SL, daß die erste Stufe des Schieberegisters 4 beim nächsten Taktimpuls auf "1" geschaltet wird. Dadurch wird der HtDizwiderstand 10 an die Batteriespannung gelegt, die Last des Generators steigt, und demzufolge fällt die Spannung U. Liegt diese Spannung immer noch oberhalb der oberen Bereichsgrenze SO (siehe Fig. 2), wird in einem zweiten Schritt der Heizwiderstand 9 zugeschaltet; diese Abgleichvorgänge, d.h. das Zuschalten weiterer Heizwiderstände, werden fortgesetzt, bis schließlich der Wert der Spannung U in den Bereich (Fenster) des Diskriminators zwischen den Spannungswerten 5u und So fällt.
Wird nun ein Verbraucher des mit der Heizeinrichtung ausgerüsteten Fahrzeugs eingeschaltet, so kann die Generatorbelastung so groß werden, daß die Spannung U unter die untere Bereichsgrenze Su fällt. Dann ist gemäß dem obersten Diagramm der Fig. 2 die Gefahr gegeben, daß zur Deckung des resultierenden Leistungsbedarfs auf die in der Batterie gespeicherte Leistung zurückgegriffen werden muß, d.h. gegebenenfalls die Batteriespannung absinkt. Um dies zu vermeiden, wird jetzt, gesteuert durch den "0"-Zustand des Signals SR, der Schieberegisterinhalt schrittweise in Fig. 1 von oben nach unten geschoben und vom Anschluß DL her mit "0"-Signalen aufgefüllt, d.h. Heizwiderstände abgeschaltet, bis schließlich U wieder in den Diskriminatorbereich fällt.
Wie aus dieser Erläuterung folgt, ist die Bereichsgrenze 5u so zu legen, daß mit Sicherheit die Grundlast G zum Betrieb des Fahrzeugs nicht zu Heizzwecken zur Verfügung steht. Die Größe des Bereichs, d.h. der Abstand zwischen den Grenzen und Su, muß so gewählt werden, daß einer der beschriebenen Abgleichvorgänge in diesem Bereich endet, also durch das Zu- oder Abschalten eines Heizwiderstands der Bereich nicht übersprungen werden kann.
Verständlicherweise können zusätzliche Funktionen aufgeschaltet werden, beispielsweise kann ein in Fig. 1 bei 15 angedeuteter, nach dem Warmlauf des Fahrzeugs schließender Schalter auf den Reset-Eingang R des Schieberegisters 5 gelegt sein, der nach Erreichen der Motorbetriebstemperatur alle Stufen des Schieberegisters 5 in die 0-Lage bringt und dadurch alle Heizwiderstände 7 bis 10 von der Batteriespannung abschaltet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Elektrische Heizung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit Heizwiderständen und Schaltmitteln zum Einschalten derselben in ein Stromversorgungsnetz, das eine Batterie sowie einen diese ladenden Generator enthält, der einen Erregerstrom mit einem von der Generatorlast abhängigen Parameter führt, und mit einer auf die Schaltmittel wirkenden Einrichtung zum Verhindern einer unerwünschten, auf die Heizwiderstände zurückzuführenden Entladung der Batterie, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwiderstände (7,8,9,10) individuell in das Stromversorgungsnetz (11,12,13,14) durch die Schaltmittel (11,12,13,14) einschaltbar sind, die über ein Schieberegister (5) angesteuert werden, dem Steuersignale (SL,SR) aus einem derart ausgelegten Diskriminator (4) für den Parameter des Erregerstroms oder eine davon abgeleitete Größe (U) zugeführt werden, daß die Schaltmittel (11,12,13,14) nur eine die unerwünschte Entladung der Batterie ausschließende Anzahl der Heizwiderstände (7,8,9,10) an die Batteriespannung legen.
2. Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator als Bereichsdiskriminator (4) ausgebildet ist und die Schaltmittel (11,12,13,14) die Anzahl der an die Batteriespannung gelegten Heizwiderstände (7,8,9,10) ändern, bis der Parameter des Erregerstroms oder die davon abgeleitete Größe (-U ) in einen durch den Bereichsdiskriminator (4) definierten Bereich unterhalb des Parameterwerts (Su) für eine Grundlast (G) des Generators (1) fällt.
u 3. Heizung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter die Einschaltzeit des Erregerstroms des Generators ist.
4. Heizung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Einschaltzeit mittels eines Tiefpasses (3) eine ihr umgekehrt proportionale Gleichspannung (U ) abgeleitet wird.
5. Heizung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Tiefpass (3) ein Begrenzer (2) zum Unterdrücken von Spannungsschwankungen vorgeschaltet ist.
6. Heizung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bereichsgrenze (Su, So) ein Ausgang des Bereichsdiskriminators (4) zugeordnet ist zur Abgabe von Steuersignalen (SL, SR) an das Schieberegister (5), die dessen Schieberichtung beim Auffüllen mit Impulsen und damit die Anzahl der an die Batteriespannung gelegten Heizwiderstände (7,8,9,10) so beeinflussen, daß schließlich der Parameter des Erregerstromes des Generators (1) bzw. die daraus abgeleitete Größe (Ü) in den Bereich fällt.