EP3363260A1 - Hochspannungs-fahrzeugheizung und verfahren zur nutzung von rekuperationsleistung in einem fahrzeug - Google Patents

Hochspannungs-fahrzeugheizung und verfahren zur nutzung von rekuperationsleistung in einem fahrzeug

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EP3363260A1
EP3363260A1 EP16781079.5A EP16781079A EP3363260A1 EP 3363260 A1 EP3363260 A1 EP 3363260A1 EP 16781079 A EP16781079 A EP 16781079A EP 3363260 A1 EP3363260 A1 EP 3363260A1
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EP
European Patent Office
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vehicle
heating
vehicle heater
gradient
temperature
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16781079.5A
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English (en)
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Inventor
Josef Schriek
Gerd Fritsch
Karl GÖTTL
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Webasto SE
Original Assignee
Webasto SE
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a high-voltage vehicle heater with a control device, with an electrical heating element, which is intended to heat a heating medium, and having a first data interface, via which a Walkeran textsssignal can be received, representing an external Schuansch, wherein the control unit a first record that represents at least a first electrical power with which the electric heating element is to be operated in order to fulfill the external heating requirement.
  • the invention relates to a method for using Rekuperations even in a vehicle having a recuperator, a battery and a high-voltage electric vehicle heater, in which the vehicle heating excess recuperation power is supplied, which can not be absorbed by the battery or not recorded shall be.
  • recuperation energy recovered for the operation of various electrical loads has already been proposed several times to use recuperation energy recovered for the operation of various electrical loads, especially in operating conditions in which the vehicle battery can not or not completely absorb the available power or should.
  • the control or monitoring of the activation / deactivation of direct electrical connections between large electrical consumers and the electric machine takes place at recuperation on efficiency values for battery charging or discharging and for the electric machine by a separate and / or a hybrid control unit and / or by control units of other electrical Consumers, especially large consumers.
  • artificial intelligence methods such as neural networks and / or fuzzy logics.
  • recuperation peak power of, for example, up to 27 kW can be provided, while commercial high-voltage vehicle heaters are designed, for example, only for continuous power from 5 to 7 kW. If such high-voltage vehicle heaters a significantly higher power is supplied, it can damage the vehicle heater or in the worst case even lead to premature equipment failure.
  • the invention is therefore based on the object, the generic high-voltage vehicle heaters and the generic method for using Rekuperations- performance in a vehicle so that damage or destruction of the high-voltage vehicle heater can be excluded by supplying too high Rekuperations- performance , but nevertheless as much as possible by recuperation recoverable energy should be used.
  • this object is achieved in that the controller determines, based on a parameter data set, a second data set that represents at least a second electrical power that is present in addition to the first electrical heating element. can be supplied without fear of damage to the vehicle heating.
  • This solution is based on the finding that the electrical power that can be additionally absorbed by the vehicle heater, in which damage to the vehicle heater is not to be feared, is not constant, but fluctuates depending on various parameters, such as the operating state and / or age of the vehicle heater , wherein the vehicle heater can be temporarily supplied quite more power than the intended maximum continuous power without damage is to be feared.
  • the second data record is output via the first data interface and / or a further data interface.
  • the vehicle heater may continuously or periodically tell a recuperation controller what additional power it might currently be receiving. This information can be used by the recuperation controller, for example, to determine how much available kinetic and / or potential energy can be converted into electrical energy by means of recuperation and how much energy beyond that available to be converted by the conventional vehicle brakes into heat.
  • the second record contains information about how long the second electrical power can probably be supplied to the electric heating element.
  • the control unit can use suitable characteristics or calculation algorithms to predict the course of the additionally recordable electrical power.
  • a recuperation controller dynamically realize a requested vehicle deceleration by dynamically adapting the recuperated energy to the electrical power additionally received by the battery and the vehicle heater.
  • the vehicle heater may also be advantageous for the vehicle heater to be supplied with a recuperation signal via the first data interface and / or a further data interface, which indicates that the vehicle in which the vehicle heating system is installed is in one Recuperation plant is located.
  • a recuperation signal via the first data interface and / or a further data interface, which indicates that the vehicle in which the vehicle heating system is installed is in one Recuperation plant is located.
  • the electrical power which can additionally be received by the vehicle heating or the electrical heating element depends on a large number of variables, for which reason one or more of the following values are suitable for the set of parameters used for the power calculation:
  • the subsequent second group of values focuses more on the operating circumstances that have occurred since the first commissioning, so to speak, on the past life of vehicle heating. This is to establish a correlation between damaging factors and the possible or predicted maximum peak or average heat output.
  • the control unit of the vehicle heating with the aid of stored algorithms to specify the appropriate performance limits.
  • the lifetime goal of the vehicle heating can be taken into account. Under certain circumstances, this consideration can also lead to a massive restriction of the additionally absorbable electrical power at the end of the service life of the vehicle heater.
  • the method according to the invention builds on the generic state of the art in that it is determined how much additional recuperation power can additionally be absorbed by the vehicle heating system at the present time, without the risk of damaging the vehicle heater.
  • the recuperation power received by the vehicle heater can be limited either by the vehicle heater or already before the vehicle heater to the additional recuperation power which the vehicle heater can additionally absorb, without any risk of damaging the vehicle heater.
  • both solutions come into consideration, in which the vehicle heater itself has all the necessary means to safely avoid their damage, as well as solutions in which these means are provided on the vehicle side, which may be required, for example, when Voltage vehicle heaters are used according to the prior art.
  • mixed forms of these two solutions are also conceivable.
  • the currently possible or predicted maximum peak or average heating power of the vehicle heater can be calculated and reported to the vehicle management system. This, in turn, can provide the vehicle heater with current system environmental data and retrieve the desired heat output from the vehicle heater in a timely manner.
  • the determined additional recuperation power which the vehicle heater can currently additionally absorb, without fear of damaging the vehicle heater is taken into account in a control of the recuperator.
  • FIG. 1 is a block diagram of a vehicle, with the inventive
  • High-voltage vehicle heater is equipped, and in which the inventive method can be performed.
  • a vehicle 8 includes a high voltage vehicle heater 10, a recuperator 30, a recuperation controller 28, and a battery 32.
  • the vehicle heater 10 comprises a control unit 12 to which a shunt 24 for measuring the current flowing through an electrical heating element 14 and an electronic switch 26, for example in the form of an IGBT, for pulse width modulation of a voltage applied to the supply voltage terminal 22 is assigned.
  • a heat exchanger 38 communicates in a manner not shown with a heating medium inlet 34 and a heating medium outlet 36 in connection.
  • As the heating medium 16 a mixture of water and antifreeze is used in the case shown, as is well known in the context of vehicle heaters.
  • the vehicle heater 10 has a first data interface 18 and a second data interface 20, via which it is possible to communicate with the control unit 12.
  • the data interfaces 18, 20 may be, for example, CAN or LIN bus connections.
  • FIG. 1 shows only the communication between the data interfaces 18, 20 and the recuperation controller 28. However, it is clear that the data interfaces 18, 20 additionally communicate with other vehicle components, for example with the control unit of the vehicle heater or other controllers of the vehicle.
  • the vehicle heater 10 receives, via the first data interface 20, a heating request signal that depends, for example, on a target temperature entered by a vehicle occupant. Based on this heating request signal, the controller 12 determines a first data set representing at least a first electrical power with which to operate the electrical heating element 14 to meet the external heating requirement.
  • Parallel or pseudoparallel determines the controller 12 based on a parameter data set, a second data set that represents at least a second electrical power that can be supplied to the electric heating element 14 in addition to the first electrical power without fear of damaging the Anlagenrois tion 10 is.
  • the parameter data set used for this purpose may include, for example, one or more of the following: volume flow of the heating medium 16, inlet temperature of the heating medium 16, outlet temperature of the heating medium 16, temperature of a shunt 24 used to measure the electric current flowing through the electrical heating element 14, temperature a used for a pulse width modulation of a supply voltage electronic switch 26, electrical resistance of the electric heating element 14, gradient of the inlet temperature of the heating medium 16, gradient of the outlet temperature of the heating medium 16, gradient of the temperature of a used for measuring the current flowing through the electric heating element 14 electric current Shunts 24, gradient of the temperature of an electronic switch 26 used for a pulse width modulation of a supply voltage, gradient of the electrical resistance of the electric heating element 14, number of start / stop p-cycles, which has passed through the vehicle
  • the second data set which represents at least the second electrical power, which can be supplied to the electric heating element 14 in addition to the first electrical power, without fear of damage to the vehicle heater 10, the recuperation controller 28 via the first data interface 18 and / or the second data interface 20 communicated.
  • the second data set may contain further information, for example on how long the second electric power can probably be supplied to the electric heating element 14 and / or possible peak powers and / or suitable average power.
  • the recuperation controller 28 can now take this second set of data into account in the determination of the optimal recuperation power, whereby, of course, further parameters have to be taken into account, for example the instantaneous internal resistance of the battery 32.
  • recuperation controller 28 of the vehicle heater 10 it is possible for the recuperation controller 28 of the vehicle heater 10 to cover the first Data interface 18 and / or via the second data interface 20 a Rekupe- rationssignal supplies, indicating that the vehicle 8 is in a Rekuperationsbe- operation.
  • further information can be transmitted, for example, the amount of electrical power to be supplied to the electric heating element 14, which is particularly useful if this is actually absorbed by the electric heating element 14 additional power less than the second electrical power, which was determined by the control unit 12.
  • the vehicle heater 10 has the intelligence to determine how much additional recuperation power can currently additionally be absorbed by the vehicle heater 10 without fear of damaging the vehicle heater 10 is.
  • the intelligence required for this purpose is provided elsewhere, for example in the recuperation controller 28 or another controller of the vehicle 8.
  • the one or more values of the set of parameters used for the calculation at least partially not from the driving heating means 10, but are detected externally, for example by sensors which are arranged in the water cycle of the vehicle 8 and / or at another suitable location.
  • the recuperation power received by the vehicle heater 10 can be limited either by the vehicle heater 10 or already before the vehicle heater 10 to the additional recuperation power that the vehicle heater 10 can currently additionally accommodate without damage threatens. If the vehicle heater 10 is responsible for limiting the power, the voltage applied to the electrical heating element 14 can be subjected to suitable pulse width modulation by means of the electronic switch 26. If the limitation of the power is already provided before the vehicle heater 10, it must be ensured by suitable measures that the voltage applied to the supply voltage terminal 22 of the vehicle heater 10 does not assume too high a value. It is also preferred within the scope of the method that the recuperation controller 28 takes into account the determined additional recuperation power in the control of the recuperator 30. Thus, exactly the amount of kinetic and / or potential energy can be converted by recuperation into electrical energy, which can currently be used meaningfully in the vehicle. Any existing additional energy can then be converted into heat by the conventional vehicle brakes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Fahrzeugheizung (10), mit einem Steuergerät (12), mit einem elektrischen Heizelement (14), das dazu vorgesehen ist, ein Heizmedium (16) zu erwärmen, und mit einer ersten Datenschnittstelle (18), über die ein Heizanforderungssignal empfangen werden kann, das eine externe Heizanforderung repräsentiert, wobei das Steuergerät (12) einen ersten Datensatz bestimmt, der zumindest eine erste elektrische Leistung repräsentiert, mit der das elektrische Heizelement zu betreiben ist, um die externe Heizanforderung zu erfüllen, wobei das Steuergerät (12) auf der Grundlage eines Parameterdatensatzes einen zweiten Datensatz bestimmt, der zumindest eine zweite elektrische Leistung repräsentiert, die dem elektrischen Heizelement (14) zusätzlich zu der ersten elektrischen Leistung zugeführt werden kann, ohne dass eine Beschädigung der Fahrzeugheizung (10) zu befürchten ist.

Description

Hochspannungs-Fahrzeugheizung und Verfahren zur Nutzung von Rekuperations- leistung in einem Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Fahrzeugheizung mit einem Steuergerät, mit einem elektrischen Heizelement, das dazu vorgesehen ist, ein Heizmedium zu erwärmen, und mit einer ersten Datenschnittstelle, über die ein Heizanforderungssignal empfangen werden kann, das eine externe Heizanforderung repräsentiert, wobei das Steuergerät einen ersten Datensatz bestimmt, der zumindest eine erste elektrische Leistung repräsen- tiert, mit der das elektrische Heizelement zu betreiben ist, um die externe Heizanforderung zu erfüllen.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Nutzung von Rekuperationsleistung in einem Fahrzeug, das einen Rekuperator, eine Batterie und eine elektrische Hochspan- nungs-Fahrzeugheizung aufweist, bei dem der Fahrzeugheizung überschüssige Rekuperationsleistung zugeführt wird, die von der Batterie nicht aufgenommen werden kann oder nicht aufgenommen werden soll.
Es wurde bereits mehrfach vorgeschlagen, durch Rekuperation wiedergewonnene Energie zum Betrieb verschiedener elektrischer Verbraucher zu verwenden, insbesondere bei Be- triebszuständen, in denen die Fahrzeugbatterie die zur Verfügung stehende Leistung nicht oder nicht vollständig aufnehmen kann oder soll.
So ist es beispielsweise aus der DE 10 2007 017 021 A1 bekannt, zur Rückgewinnung der kinetischen und/oder potentiellen Energie bei Hybridfahrzeugen, insbesondere bei Plug-in Hybridfahrzeugen, bei hohen inneren Widerstandswerten der Traktionsbatterie die durch die Rekuperation zurückgewonnene Energie über eine oder mehrere mit der Traktionsbatterie parallel verlaufende Verbindungen von der Elektromaschine direkt zu leistungsstarken elektrischen Verbrauchern zu leiten, wodurch die aus dem hohen inneren Widerstand der vollgeladenen Traktionsbatterie verursachten Ladungsverluste verringert und der Wirkungsgrad der Rekuperation verbessert werden. Gemäß der Lehre dieser Druckschrift erfolgt somit eine direkte Zuführung rekuperierter Energie bei hohen inneren Widerstandswerten der Traktionsbatterie über die zur Traktionsbatterie parallel verlaufende Verbindung von Elektromaschine und ausgewählten leistungsstarken elektrischen Verbrauchern, wie beispielsweise elektrische Heizmodule im Wasser- oder Ölkreislauf. Die Steue- rung oder Überwachung der Aktivierung/Deaktivierung direkter elektrischer Verbindungen zwischen elektrischen Großverbrauchern und der Elektromaschine erfolgt bei Rekuperation über Wirkungsgradwerte für die Batterieladung oder -entladung und für die Elektromaschine durch ein eigenes und/oder ein Hybridsteuergerät und/oder durch Steuergeräte von anderen elektrischen Verbrauchern, insbesondere Großverbrauchern. In diesem Zusam- menhang wird vorgeschlagen, eine Anwendung von Methoden der künstlichen Intelligenz, wie neuronale Netze und/oder Fuzzy-Logiken vorzusehen.
Ein im Zusammenhang mit der Rekuperation auftretendes Problem besteht darin, dass durch die Rekuperation Spitzenleistungen von beispielsweise bis zu 27 kW zur Verfügung gestellt werden können, während handelsübliche Hochspannungs-Fahrzeugheizungen beispielsweise nur für Dauerleistungen von 5 bis 7 kW ausgelegt sind. Sofern solchen Hochspannungs-Fahrzeugheizungen eine deutliche höhere Leistung zugeführt wird, kann es zu Beschädigungen der Fahrzeugheizung oder im schlimmsten Fall sogar zu einem frühzeitigen Geräteausfall kommen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Hochspannungs- Fahrzeugheizungen und die gattungsgemäßen Verfahren zur Nutzung von Rekuperations- leistung in einem Fahrzeug so weiterzubilden, dass eine Beschädigung oder Zerstörung der Hochspannungs-Fahrzeugheizung durch eine Zuführung von zu hoher Rekuperations- leistung ausgeschlossen werden kann, wobei aber dennoch möglichst viel durch Rekuperation wiedergewinnbare Energie genutzt werden soll.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Fahrzeugheizung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Steuergerät auf der Grundlage eines Parameterdatensatzes einen zweiten Datensatz bestimmt, der zumindest eine zweite elektrische Leistung repräsentiert, die dem elektrischen Heizelement zusätzlich zu der ersten elektri- sehen Leistung zugeführt werden kann, ohne dass eine Beschädigung der Fahrzeugheizung zu befürchten ist. Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die von der Fahrzeugheizung zusätzlich aufnehmbare elektrische Leistung, bei der eine Beschädigung der Fahrzeugheizung nicht zu befürchten ist, nicht konstant ist, sondern in Abhängigkeit von verschiedenen Parameters, wie beispielsweise Betriebszustand und/oder Alter der Fahrzeugheizung, schwankt, wobei der Fahrzeugheizung vorübergehend durchaus mehr Leistung zugeführt werden kann als die vorgesehene maximale Dauerleistung, ohne dass eine Beschädigung zu befürchten ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Hochspannungs- Fahrzeugheizung ist vorgesehen, dass der zweite Datensatz über die erste Datenschnittstelle und/oder eine weitere Datenschnittstelle ausgegeben wird. Somit kann die Fahrzeugheizung beispielsweise einem Rekuperations-Controller ständig oder in Abständen mitteilen, welche zusätzliche Leistung sie derzeit aufnehmen könnte. Diese Information kann der Rekuperations-Controller beispielsweise dazu nutzen, zu bestimmen, wieviel zur Verfügung stehende kinetische und/oder potentielle Energie mittels Rekuperation in elektrische Energie umgewandelt werden kann und wieviel eventuell darüber hinaus zur Verfügung stehende Energie durch die herkömmlichen Fahrzeugbremsen in Wärme umzuwandeln ist.
In diesem Zusammenhang kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn vorgesehen ist, dass der zweite Datensatz Informationen darüber enthält, wie lange die zweite elektrische Leistung dem elektrischen Heizelement voraussichtlich zugeführt werden kann. Wenn die von der Fahrzeugheizung zusätzlich aufnehmbare elektrische Leistung beispielsweise mit ei- ner steigenden Temperatur des Heizmediums abnimmt, kann das Steuergerät anhand von geeigneten Kennlinien oder Rechenalgorithmen den Verlauf der zusätzlich aufnehmbaren elektrischen Leistung prognostizieren. Somit kann beispielsweise ein Rekuperations- Controller eine angeforderte Fahrzeugverzögerung dynamisch verwirklichen, indem er die rekuperierte Energie an die von der Batterie und von der Fahrzeugheizung zusätzlich auf- nehmbare elektrische Leistung dynamisch anpasst.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Fahrzeugheizung kann es ebenfalls vorteilhaft sein, dass der Fahrzeugheizung über die erste Datenschnittstelle und/oder eine weitere Datenschnittstelle ein Rekuperationssignal zugeführt werden kann, das anzeigt, dass sich das Fahrzeug, in dem die Fahrzeugheizung verbaut ist, in einem Rekuperationsbetrieb befindet. Diese Lösung ist ohne darauf beschränkt zu sein bei- spielsweise vorteilhaft, wenn die der Fahrzeugheizung von außen zugeführte elektrische Leistung ungeregelt ist und es in den Verantwortungsbereich der Fahrzeugheizung fällt, eine zu hohe Leistungsaufnahme selbständig zu vermeiden, beispielsweise indem eine an die Fahrzeugheizung angelegte Versorgungsspannung innerhalb der Fahrzeugheizung mittels Pulsweitenmodulation auf ein geeignetes Maß heruntergeregelt wird.
Wir vorstehend bereits erwähnt, hängt die von der Fahrzeugheizung beziehungsweise dem elektrischen Heizelement zusätzlich aufnehmbare elektrische Leistung von einer Vielzahl von Größen ab, weshalb für den zur Leistungsberechnung verwendeten Parame- tersatz beispielsweise einer oder mehrere der folgenden Werte in Betracht kommen:
Volumenstrom des Heizmediums
Eintrittstemperatur des Heizmediums
Austrittstemperatur des Heizmediums
Temperatur eines zur Messung des durch das elektrische Heizelement fließenden elektrischen Stroms verwendeten Shunts
Temperatur eines für eine Pulsweitenmodulation einer Versorgungsspannung verwendeten elektronischen Schalters
Elektrischer Widerstand des elektrischen Heizelements
Gradient der Eintrittstemperatur des Heizmediums
Gradient der Austrittstemperatur des Heizmediums
Gradient der Temperatur eines zur Messung des durch das elektrische Heizelement fließenden elektrischen Stroms verwendeten Shunts
Gradient der Temperatur eines für eine Pulsweitenmodulation einer Versorgungsspannung verwendeten elektronischen Schalters
Gradient des elektrischen Widerstands des elektrischen Heizelements
Anzahl der Start-/Stopp-Zyklen, die die Fahrzeugheizung durchlaufen hat
Heizleistung, die die Fahrzeugheizung erbracht hat
Heizdauer der Fahrzeugheizung
Aufheizgradient
Versorgungsspannung
Anzahl der bisher von der Fahrzeugheizung festgestellten Fehler
Art der bisher von der Fahrzeugheizung festgestellten Fehler. Obwohl grundsätzlich auch Luft als Heizmedium in Betracht kommt, bieten sich Wasser beziehungsweise Gemische aus Wasser und Frostschutz oder auch Öl als Heizmedium besonders an. Im Hinblick auf die erste Gruppe der vorstehend genannten Werte, die mit dem Gradient des elektrischen Widerstands des elektrischen Heizelements endet, ist festzustellen, dass es sich hierbei in erster Linie um aktuelle Zustandsgrößen handelt.
Die sich anschließende zweite Gruppe von Werten stellt mehr auf die seit der ersten Inbe- triebnahme aufgetretenen Betriebsumstände ab, sozusagen also auf das bisherige Leben der Fahrzeugheizung. Dadurch soll eine Korrelation zwischen schädigenden Faktoren und der möglichen beziehungsweise prognostizierten maximalen Spitzen- oder Durchschnittsheizleistung hergestellt werden. Abhängig von den gesammelten Betriebsdaten soll das Steuergerät der Fahrzeugheizung unter Zuhilfenahme von hinterlegten Algorithmen die entsprechenden Leistungsgrenzen vorgeben. Dabei kann insbesondere das Lebensdauerziel der Fahrzeugheizung berücksichtigt werden. Diese Berücksichtigung kann unter Umständen auch zu einer massiven Beschränkung der zusätzlich aufnehmbaren elektrischen Leistung am Lebensdauerende der Fahrzeugheizung führen. Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass ermittelt wird, wieviel zusätzliche Rekuperationsleistung derzeit zusätzlich von der Fahrzeugheizung aufgenommen werden kann, ohne dass eine Beschädigung der Fahrzeugheizung zu befürchten ist. Auch hierdurch wird es möglich, den Rekuperati- onsbetrieb zu optimieren und eine Beschädigung der Fahrzeugheizung gleichzeitig auszu- schließen. Auf die in diesem Zusammenhang analog geltenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Fahrzeugheizung wird sinngemäß verwiesen, was auch für die im Folgenden abgehandelten Punkte gilt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass die von der Fahr- zeugheizung aufgenommene Rekuperationsleistung entweder von der Fahrzeugheizung oder bereits vor der Fahrzeugheizung auf die zusätzliche Rekuperationsleistung beschränkt wird, die die Fahrzeugheizung zusätzlich aufnehmen kann, ohne dass eine Beschädigung der Fahrzeugheizung zu befürchten ist. Somit kommen sowohl Lösungen in Betracht, bei denen die Fahrzeugheizung selbst alle erforderlichen Mittel aufweist, um ihre Beschädigung sicher vermeiden zu können, als auch Lösungen, bei denen diese Mittel fahrzeugseitig vorgesehen sind, was beispielsweise erforderlich sein kann, wenn Hoch- spannungs-Fahrzeugheizungen nach dem Stand der Technik verwendet werden. Mischformen dieser beiden Lösungen sind selbstverständlich ebenfalls denkbar. Beispielsweise kann die aktuell mögliche beziehungsweise prognostizierte maximale Spitzen- oder Durchschnittsheizleistung der Fahrzeugheizung berechnet und an das Fahrzeugener- giemanagement gemeldet werden. Dieses wiederum kann die Fahrzeugheizung mit aktuellen Systemumgebungsdaten versorgen und zeitgenau die gewünschte Heizleistung von der Fahrzeugheizung abrufen.
Bei dem in Rede stehenden Verfahren kann außerdem vorgesehen sein, dass die ermittel- te zusätzliche Rekuperationsleistung, die die Fahrzeugheizung derzeit zusätzlich aufnehmen kann, ohne dass eine Beschädigung der Fahrzeugheizung zu befürchten ist, bei einer Steuerung des Rekuperators berücksichtigt wird. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die für eine angeforderte Verzögerung des Fahrzeugs erforderliche Umwandlung von kinetischer und/oder potentieller Energie optimal auf den Rekuperator und die Fahrzeugbrem- sen aufzuteilen. Unter optimal ist dabei zu verstehen, dass stets so viel Energie rekupe- riert wird wie im Moment sinnvoll verwendet werden kann.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei der Ermittlung der zusätzlichen Rekuperationsleistung, die derzeit von der Fahr- zeugheizung zusätzlich aufgenommen werden kann, ohne dass eine Beschädigung der Fahrzeugheizung zu befürchten ist, einer oder mehrere der folgenden Werte eingeht:
Volumenstrom des Heizmediums
Eintrittstemperatur des Heizmediums
- Austrittstemperatur des Heizmediums
Temperatur eines zur Messung des durch das elektrische Heizelement fließenden elektrischen Stroms verwendeten Shunts
Temperatur eines für eine Pulsweitenmodulation einer Versorgungsspannung verwendeten elektronischen Schalters
- Elektrischer Widerstand des elektrischen Heizelements
Gradient der Eintrittstemperatur des Heizmediums
Gradient der Austrittstemperatur des Heizmediums
Gradient der Temperatur eines zur Messung des durch das elektrische Heizelement fließenden elektrischen Stroms verwendeten Shunts
- Gradient der Temperatur eines für eine Pulsweitenmodulation einer Versorgungsspannung verwendeten elektronischen Schalters Gradient des elektrischen Widerstands des elektrischen Heizelements
Anzahl der Start-/Stopp-Zyklen, die die Fahrzeugheizung durchlaufen hat
Heizleistung, die die Fahrzeugheizung erbracht hat
Heizdauer der Fahrzeugheizung
- Aufheizgradient
Versorgungsspannung
Anzahl der bisher von der Fahrzeugheizung festgestellten Fehler
Art der bisher von der Fahrzeugheizung festgestellten Fehler. Auf die diesbezüglichen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Fahrzeugheizung wird noch einmal ausdrücklich verwiesen.
Optimale Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erfindungsgemäße Hochspannungs-Fahrzeugheizung verwendet wird.
Die erfindungsgemäße Hochspannungs-Fahrzeugheizung und das erfindungsgemäße Verfahren werden nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigt:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs, das mit der erfindungsgemäßen
Hochspannungs-Fahrzeugheizung ausgestattet ist, und in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
Wie dargestellt, weist ein Fahrzeug 8 eine Hochspannungs-Fahrzeugheizung 10, einen Rekuperator 30, eine Rekuperations-Controller 28 und eine Batterie 32 auf. Die Fahrzeugheizung 10 umfasst ein Steuergerät 12, dem ein Shunt 24 zur Messung des durch ein elektrisches Heizelement 14 fließenden Stroms und ein elektronischer Schalter 26, bei- spielsweise in Form eines IGBTs, zur Pulsweitenmodulation einer an den Versorgungs- spannungsanschluss 22 angelegten Spannung zugeordnet ist. Ein Wärmetauscher 38 steht in nicht dargestellter Weise mit einem Heizmedium-Einlass 34 und einem Heizmedi- um-Auslass 36 in Verbindung. Als Heizmedium 16 wird im dargestellten Fall eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel verwendet, wie dies im Zusammenhang mit Fahrzeugheizungen gut bekannt ist. Die Fahrzeugheizung 10 weist eine erste Daten- schnittstelle 18 und eine zweite Datenschnittstelle 20 auf, über die mit dem Steuergerät 12 kommuniziert werden kann. Bei den Datenschnittstellen 18, 20 kann es sich beispielsweise um CAN- oder LIN-Bus-Anschlüsse handeln. In Figur 1 ist nur die Kommunikation zwischen den Datenschnittstellen 18, 20 und dem Rekuperations-Controller 28 dargestellt. Es ist aber klar, dass über die Datenschnittstellen 18, 20 zusätzlich auch mit anderen Fahrzeugkomponenten kommuniziert wird, beispielsweise mit dem Bedienteil der Fahrzeugheizung oder anderen Controllern des Fahrzeugs.
Im Betrieb empfängt die Fahrzeugheizung 10 über die erste Datenschnittstelle 20 ein Heizanforderungssignal, das beispielsweise von einer Solltemperatur abhängt, die von einem Fahrzeuginsassen eingegeben wurde. Auf der Grundlage dieses Heizanforde- rungssignals bestimmt das Steuergerät 12 einen ersten Datensatz, der zumindest eine erste elektrische Leistung repräsentiert, mit der das elektrische Heizelement 14 zu betreiben ist, um die externe Heizanforderung zu erfüllen.
Parallel oder pseudoparallel bestimmt das Steuergerät 12 auf der Grundlage eines Parameterdatensatzes einen zweiten Datensatz, der zumindest eine zweite elektrische Leistung repräsentiert, die dem elektrischen Heizelement 14 zusätzlich zu der ersten elektrischen Leistung zugeführt werden kann, ohne dass eine Beschädigung der Fahrzeughei- zung 10 zu befürchten ist. Der zu diesem Zweck verwendete Parameterdatensatz kann beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Werte enthalten: Volumenstrom des Heizmediums 16, Eintrittstemperatur des Heizmediums 16, Austrittstemperatur des Heizmediums 16, Temperatur eines zur Messung des durch das elektrische Heizelement 14, fließenden elektrischen Stroms verwendeten Shunts 24, Temperatur eines für eine Puls- weitenmodulation einer Versorgungsspannung verwendeten elektronischen Schalters 26, Elektrischer Widerstand des elektrischen Heizelements 14, Gradient der Eintrittstemperatur des Heizmediums 16, Gradient der Austrittstemperatur des Heizmediums 16, Gradient der Temperatur eines zur Messung des durch das elektrische Heizelement 14 fließenden elektrischen Stroms verwendeten Shunts 24, Gradient der Temperatur eines für eine Pulsweitenmodulation einer Versorgungsspannung verwendeten elektronischen Schalters 26, Gradient des elektrischen Widerstands des elektrischen Heizelements 14, Anzahl der Start-/Stopp-Zyklen, die die Fahrzeugheizung 10 durchlaufen hat, Heizleistung, die die Fahrzeugheizung 10 erbracht hat, Heizdauer der Fahrzeugheizung 10, Aufheizgradient, Versorgungsspannung, Anzahl der bisher von der Fahrzeugheizung 10 festgestellten Feh- ler, Art der bisher von der Fahrzeugheizung 10 festgestellten Fehler. Zur Erfassung des oder der Werte umfasst die Fahrzeugheizung 10 einen oder mehrere geeignete Sensoren, wobei solche Sensoren dem Fachmann gut bekannt und daher in der Figur nicht dargestellt sind. Beispielsweise zur Bestimmung von Gradienten können geeignete Auswerteschaltungen vorgesehen sein, die als solches ebenfalls gut bekannt sind. Werte, die in Verbindung mit dem Vorleben der Fahrzeugheizung 10 stehen, werden vorzugsweise über nicht flüchtige Speicherelemente erhalten, die Bestandteil des Steuergeräts 12 sein können.
Der zweite Datensatz, der zumindest die zweite elektrische Leistung repräsentiert, die dem elektrischen Heizelement 14 zusätzlich zu der ersten elektrischen Leistung zugeführt werden kann, ohne dass eine Beschädigung der Fahrzeugheizung 10 zu befürchten ist, wird dem Rekuperations-Controller 28 über die erste Datenschnittstelle 18 und/oder die zweite Datenschnittstelle 20 mitgeteilt. Selbstverständlich kann der zweite Datensatz weitere Informationen enthalten, beispielsweise darüber, wie lange die zweite elektrische Leistung dem elektrischen Heizelement 14 voraussichtlich zugeführt werden kann und/oder mögliche Spitzenleistungen und/oder geeignete Durchschnittsleistungen. Der Rekuperations-Controller 28 kann diesen zweiten Datensatz nun bei der Bestimmung der optimalen Rekuperationsleistung berücksichtigen, wobei selbstverständlich weitere Parameter zu berücksichtigen sind, beispielsweise der momentane Innenwiderstand der Batterie 32. Es ist möglich, dass der Rekuperations-Controller 28 der Fahrzeugheizung 10 über die erste Datenschnittstelle 18 und/oder über die zweite Datenschnittstelle 20 ein Rekupe- rationssignal zuführt, das anzeigt, dass sich das Fahrzeug 8 in einem Rekuperationsbe- trieb befindet. Dabei können selbstverständlich gegebenenfalls weitere Informationen übertragen werden, beispielsweise die Höhe der elektrischen Leistung, die dem elektrischen Heizelement 14 zusätzlich zugeführt werden soll, was insbesondere dann sinnvoll ist, wenn diese vom elektrischen Heizelement 14 tatsächlich aufzunehmende zusätzliche Leistung geringer als die zweite elektrische Leistung ist, die von dem Steuergerät 12 ermittelt wurde.
Im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren ist es, wie vorstehend erläutert, zum einen denkbar, dass die Fahrzeugheizung 10 die Intelligenz besitzt, zu ermitteln, wieviel zusätzliche Rekuperationsleistung derzeit zusätzlich von der Fahrzeugheizung 10 aufgenommen werden kann, ohne dass eine Beschädigung der Fahrzeugheizung 10 zu befürchten ist. Es ist aber auch denkbar, dass die hierzu erforderliche Intelligenz an anderer Stelle vorgesehen ist, beispielsweise bei dem Rekuperations-Controller 28 oder einem anderen Controller des Fahrzeugs 8. Ebenso ist es denkbar, dass der oder die Werte des für die Berechnung verwendeten Parametersatzes zumindest teilweise nicht von der Fahr- zeugheizung 10, sondern extern erfasst werden, beispielsweise durch Sensoren, die im Wasserkreislauf des Fahrzeugs 8 und/oder an anderer geeigneter Stelle angeordnet sind. In ähnlicher Weise ist es im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren möglich, dass die von der Fahrzeugheizung 10 aufgenommene Rekuperationsleistung entweder von der Fahrzeugheizung 10 oder bereits vor der Fahrzeugheizung 10 auf die zusätzliche Rekuperationsleistung beschränkt wird, die die Fahrzeugheizung 10 momentan zusätzlich aufnehmen kann, ohne dass eine Beschädigung droht. Sofern die Fahrzeugheizung 10 für die Beschränkung der Leistung zuständig ist, kann die an das elektrische Heizelement 14 angelegte Spannung mit Hilfe des elektronischen Schalters 26 einer geeigneten Pulswei- tenmodulation unterzogen werden. Falls die Beschränkung der Leistung bereits vor der Fahrzeugheizung 10 vorgesehen ist, muss durch geeignete Maßnahmen dafür gesorgt werden, dass die an den Versorgungsspannungsanschluss 22 der Fahrzeugheizung 10 angelegte Spannung keine zu hohen Werte annimmt. Auch im Rahmen des Verfahrens wird bevorzugt, dass der Rekuperations-Controller 28 die ermittelte zusätzliche Rekupera- tionsleistung bei der Steuerung des Rekuperators 30 berücksichtigt. Somit kann genau die Menge an kinetischer und/oder potentieller Energie durch Rekuperation in elektrische Energie umgewandelt werden, die momentan sinnvoll im Fahrzeug verwendet werden kann. Eventuell vorhandene zusätzliche Energie kann dann durch die herkömmlichen Fahrzeugbremsen in Wärme umgewandelt werden.
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.
Bezugszeichenliste
8 Fahrzeug
10 Fahrzeugheizung
12 Steuergerät
14 Heizelement
16 Heizmedium
18 Datenschnittstelle
20 Datenschnittstelle
22 Versorgungsspannungsanschluss
24 Shunt
26 Schalter
28 Rekuperations-Controller
30 Rekuperator
32 Batterie
34 Heizmedium-Einlass
36 Heizmedium-Auslass
38 Wärmetauscher

Claims

Ansprüche
1 . Hochspannungs-Fahrzeugheizung (10), mit einem Steuergerät (12), mit einem elektrischen Heizelement (14), das dazu vorgesehen ist, ein Heizmedium (16) zu erwärmen, und mit einer ersten Datenschnittstelle (18), über die ein Heizanforde- rungssignal empfangen werden kann, das eine externe Heizanforderung repräsentiert, wobei das Steuergerät (12) einen ersten Datensatz bestimmt, der zumindest eine erste elektrische Leistung repräsentiert, mit der das elektrische Heizelement zu betreiben ist, um die externe Heizanforderung zu erfüllen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (12) auf der Grundlage eines Parameterdatensatzes einen zweiten Datensatz bestimmt, der zumindest eine zweite elektrische Leistung repräsentiert, die dem elektrischen Heizelement (14) zusätzlich zu der ersten elektrischen Leistung zugeführt werden kann, ohne dass eine Beschädigung der Fahrzeugheizung (10) zu befürchten ist.
2. Hochspannungs-Fahrzeugheizung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Datensatz über die erste Datenschnittstelle (18) und/oder eine weitere Datenschnittstelle (20) ausgegeben wird.
3. Hochspannungs-Fahrzeugheizung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Datensatz Informationen darüber enthält, wie lange die zweite elektrische Leistung dem elektrischen Heizelement (14) voraussichtlich zugeführt werden kann.
4. Hochspannungs-Fahrzeugheizung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihr über die erste Datenschnittstelle (18) und/oder eine weitere Datenschnittstelle (20) ein Rekuperationssignal zugeführt werden kann, das anzeigt, dass sich das Fahrzeug, in dem die Fahrzeugheizung verbaut ist, in einem Rekuperationsbetrieb befindet.
Hochspannungs-Fahrzeugheizung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameterdatensatz einen oder mehrere der folgenden Werte umfasst:
Volumenstrom des Heizmediums (16)
Eintrittstemperatur des Heizmediums (16)
Austrittstemperatur des Heizmediums (16)
Temperatur eines zur Messung des durch das elektrische Heizelement (14) fließenden elektrischen Stroms verwendeten Shunts (24)
Temperatur eines für eine Pulsweitenmodulation einer Versorgungsspannung verwendeten elektronischen Schalters (26)
Elektrischer Widerstand des elektrischen Heizelements (14)
Gradient der Eintrittstemperatur des Heizmediums (16)
Gradient der Austrittstemperatur des Heizmediums (16)
Gradient der Temperatur eines zur Messung des durch das elektrische Heizelement (14) fließenden elektrischen Stroms verwendeten Shunts (24)
Gradient der Temperatur eines für eine Pulsweitenmodulation einer Versorgungsspannung verwendeten elektronischen Schalters (26)
Gradient des elektrischen Widerstands des elektrischen Heizelements (14) Anzahl der Start-/Stopp-Zyklen, die die Fahrzeugheizung (10) durchlaufen hat Heizleistung, die die Fahrzeugheizung (10) erbracht hat
Heizdauer der Fahrzeugheizung (10)
Aufheizgradient
Versorgungsspannung
Anzahl der bisher von der Fahrzeugheizung (10) festgestellten Fehler
Art der bisher von der Fahrzeugheizung (10) festgestellten Fehler
Verfahren zur Nutzung von Rekuperationsleistung in einem Fahrzeug (8), das einen Rekuperator (30), eine Batterie (32) und eine elektrische Hochspannungs- Fahrzeugheizung (10) aufweist, bei dem der Fahrzeugheizung (10) überschüssige Rekuperationsleistung zugeführt wird, die von der Batterie (32) nicht aufgenommen werden kann oder nicht aufgenommen werden soll, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelt wird, wieviel zusätzliche Rekuperationsleistung derzeit zusätzlich von der Fahrzeugheizung (10) aufgenommen werden kann, ohne dass eine Beschädigung der Fahrzeugheizung (10) zu befürchten ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Fahrzeugheizung (10) aufgenommene Rekuperationsleistung entweder von der Fahrzeugheizung (10) oder bereits vor der Fahrzeugheizung (10) auf die zusätzliche Rekuperationsleistung beschränkt wird, die die Fahrzeugheizung (10) zusätzlich aufnehmen kann, ohne dass eine Beschädigung der Fahrzeugheizung (10) zu befürchten ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte zusätzliche Rekuperationsleistung, die die Fahrzeugheizung (10) derzeit zusätzlich aufnehmen kann, ohne dass eine Beschädigung der Fahrzeugheizung (10) zu befürchten ist, bei einer Steuerung des Rekuperators (30) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der zusätzlichen Rekuperationsleistung, die derzeit von der Fahrzeugheizung (10) zusätzlich aufgenommen werden kann, ohne dass eine Beschädigung der Fahrzeugheizung (10) zu befürchten ist, einer oder mehrere der folgenden Werte eingeht:
Volumenstrom des Heizmediums (16)
Eintrittstemperatur des Heizmediums (16)
Austrittstemperatur des Heizmediums (16)
- Temperatur eines zur Messung des durch das elektrische Heizelement (14) fließenden elektrischen Stroms verwendeten Shunts (24)
Temperatur eines für eine Pulsweitenmodulation einer Versorgungsspannung verwendeten elektronischen Schalters (26)
Elektrischer Widerstand des elektrischen Heizelements (14)
- Gradient der Eintrittstemperatur des Heizmediums (16)
Gradient der Austrittstemperatur des Heizmediums (16)
Gradient der Temperatur eines zur Messung des durch das elektrische Heizelement (14) fließenden elektrischen Stroms verwendeten Shunts (24) Gradient der Temperatur eines für eine Pulsweitenmodulation einer Versor- gungsspannung verwendeten elektronischen Schalters (26)
Gradient des elektrischen Widerstands des elektrischen Heizelements (14) Anzahl der Start-/Stopp-Zyklen, die die Fahrzeugheizung (10) durchlaufen hat Heizleistung, die die Fahrzeugheizung (10) erbracht hat
Heizdauer der Fahrzeugheizung (10)
Aufheizgradient
- Versorgungsspannung
Anzahl der bisher von der Fahrzeugheizung (10) festgestellten Fehler Art der bisher von der Fahrzeugheizung (10) festgestellten Fehler
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Fahrzeugheizung eine Hochspannungs-Fahrzeugheizung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 verwendet wird.
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