SE1051302A1

SE1051302A1 - Komfortvärmestyrsystem

Info

Publication number: SE1051302A1
Application number: SE1051302A
Authority: SE
Inventors: Sebastian Zamani; Henrik Persson
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-06-11
Also published as: SE535512C2; DE112011103760T5; WO2012078097A1

Abstract

ll Sammanfattning Komfortvärrnestyrsystem (2) för ett fordon försett med ett komfortvärrnesystem med eneller ﬂera värrneslingor (4), innefattande en styrenhet (6), och en matningsenhet (8)anpassad att päföra en pulsbreddsmodulerad uppvärrnningssignal med en periodlängd PHoch en variabel pulsbredd PW till nämnda värrneslinga. Komfortvärrnestyrsystemetomfattar vidare en mätenhet (l2) anpassad att mäta strömmen IH i, och spänningen UHöver, värrneslingan då uppvärrnningssignalen päförs värrneslingan och att bestämmaresistansen för värrneslingan baserat pä den uppmätta spänningen UH och den uppmättaströmmen IH, och att generera en resistanssignal (l4°) iberoende därav som är anpassadatt päföras styrenheten, varvid styrenheten är anpassad att bestämma en parameterrelaterad till värrneslingan i beroende av resistansen. Enligt en utföringsforrn innefattarstyrsystemet även en temperaturinmatningsenhet (l0) för inmatning av önskad temperaturför komfortvärrnesystemet, varvid styrenheten är anpassad att bestämma en pulsbredd(PW) för uppvärrnningssignalen baserat pä den uppmätta resistansen, den önskadetemperaturen och den bestämda parametem, så att den önskade temperaturen uppnås, ochatt avge en styrsignal (l6) till matningsenheten som är anpassad att päföra uppvärrnningssignalen till värrneslingan med den bestämda pulsbredden. (Figur 2)

Description

15 20 25 30 Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förbättrat komfortvärrnestyrsystem som undanröj er ovan nämnda nackdelar med dagens system.

Sammanfattning av uppfinningen Ovan nämnda syfte åstadkommes med uppfinningen definierad av det oberoende patentkravet.

Föredragna utföringsformer definieras av de beroende patentkraven.

Enligt föreliggande uppfinning åstadkommes ett komfortvärmestyrsystem som medför steglös och fullt diagnostiserbar el-värnining av värineslingor vilket generellt bidrar till en förbättrad reglerbarhet för komfortvärrnesystemet. En ytterligare fördel är att det på ett enkelt sätt kan anpassas till typen av värrneslingor som används och till längden på värrneslingan.

Exempelvis kan komfortvärrnestyrsystemet enligt uppfinningen användas med samma prestanda for serieresistiva, parallellresistiva samt sj älvreglerande (resistansen ökar med temperaturen) värrneslingor.

Eftersom komfortvärmestyrsystemet indirekt bestämmer temperaturen krävs ingen temperaturrnätningskrets.

Enligt uppfinningen matas värmeslingoma med en pulsbreddsmodulerad (PWM) uppvärrnningssignal.

Genom att mäta strömmen som går genom värrneslingoma, och eftersom det finns ett känt förhållande mellan strömmen genom värmeslingan (tillverkad t.ex. i koppar) och temperaturen utnyttjas detta, enligt en första utföringsforrn, vid temperaturregleringen.

Genom att mäta strömmen som går genom värrneslingoma kan resistansen enkelt beräknas, och eftersom det finns ett känt förhållande mellan resistansen i värmeslingan (tillverkad t.ex. i koppar) och temperaturen utnyttjas detta, enligt en andra utföringsforrn, vid temperaturregleringen.

Komfortuppvärrnningsstyrsystemet enligt uppfinningen har följande fördelar: 0 Samma typ av värrnekabel (W/m) kan användas (endast längden justeras). 0 Hanterar alla olika typer av värrnekablar. 10 15 20 25 30 3 0 Antalet värrnekablar kan minimeras då styrenheten kan hantera olika längder. 0 Steglös noggrann Värmereglering. 0 Ökade diagnosmöj ligheter. 0 Tekniken kan användas inom alla områden där man använder sig av värmekabel.

Kort ritningsbeskrivning Figur l visar ett schematiskt blockschema av komfortvärinestyrsystemet enligt en första utföringsforrn av föreliggande uppfinning.

Figur 2 visar ett schematiskt blockschema av komfortvärrnestyrsystemet enligt en andra utföringsforrn av föreliggande uppfinning.

Figur 3 visar grafer illustrerande uppvärmningssignalen enligt föreliggande uppfinning.

Figurema 4 och 5 visar schematiska kretsscheman över olika värrneslingor.

Detalierad beskrivning av föredragna utföringsfonner av uppfinningen Med hänvisning till de bifogade ritningama kommer nu uppfinningen att beskrivas i detalj, där vi först hänvisar till figurerna 1 eller 2.

Föreliggande uppfinning omfattar ett komfortvärrnestyrsystem 2 för ett fordon försett med ett komfortvärmesystem med en eller flera värrneslingor 4.

Komfortvärrnestyrsystem 2 innefattar en styrenhet 6 och en matningsenhet 8 anpassad att påföra en pulsbreddsmodulerad uppvärrnningssignal med en periodlängd PH och en variabel pulsbredd PW till värrneslingan. Överst i figur 3 visas en graf över hur spänningen med avseende på tiden för uppvärnmingssignalen varierar. Pulsbredden PW och periodlängden PH, och en motsvarande frekvens FH, har indikerats för den första pulsen. I det illustrerade exemplet är duty cyclen ca. 50%, dvs. pulsbredden är ungefär hälften av periodlängden. Duty cyclen kan vara mellan 0-100% av periodlängden.

Nederst i figur 3 visas en graf över hur strömmen med avseende på tiden för uppvärrnningssignalen varierar. Där har även en streckad linje som indikerar medelströmmen IRMS ritats in. I detta fall ligger den i nivå med halva amplituden för 10 15 20 25 30 pulsema eftersom duty cyclen är ca. 50%. Temperaturen för värmeslingan beror direkt av strömstyrkan för medelströmmen.

Frekvensen FH för uppvärrnningssignalen ligger företrädesvis i intervallet 0,1 - 100 Hz.

Emellertid är inte uppfinningen såsom den definierats i kravet 1 begränsad till dessa intervall utan andra värden för frekvensen och pulsbredden är möjliga om en speciell tillämpning kräver detta.

Med hänvisning till figur 1 kommer nu komfortvärrnestyrsystemet enligt en första utföringsforin av uppfinningen att beskrivas. Komforvärrnestyrsystemet omfattar vidare en mätenhet 12 anpassad att mäta strömmen IH i värrneslingan dä uppvärrnningssignalen påförs värrneslingan och att generera en strömsignal 14 i beroende av den uppmätta strömmen IH och som är anpassad att päföras styrenheten. Styrenheten är anpassad att bestämma en parameter relaterad till värmekabeln i beroende av strömmen.

Med hänvisning till figur 2 kommer nu komfortvärrnestyrsystemet enligt en andra utföringsforrn av enligt uppfinningen att beskrivas. Mätenheten 12 är vidare, utöver mätning av strömmen IH, anpassad att mäta spänningen UH över värrneslingan dä uppvärrnningssignalen päförs värmeslingan och att bestämma resistansen för värrneslingan baserat på den uppmätta spänningen UH och den uppmätta strömmen IH, och att generera en resistanssignal 14” i beroende därav som är anpassad att päföras styrenheten.

Styrenheten är anpassad att bestämma en parameter relaterad till värrnekabeln i beroende av resistansen.

Enligt en utföringsforrn sker mätningen av strömmen, enligt den första utföringsforrnen, eller strömmen och spänningen, enligt den andra utföringsforrnen, under en mätperiod som omfattat minst en puls av uppvärmningssignalen, vilket är fördelaktigt eftersom man direkt kan beräkna resistansen och därigenom bestämma parametem.

Givetvis kan man genomföra mätningar på ett antal pulser av uppvärrnningssignalen och beräkna ett medelvärde för spänning respektive ström för att sedan beräkna resistansen baserat på dessa medelvärden. 10 15 20 25 30 Enligt en utföringsforrn representerar parametern värmeslingans längd. Det vill säga, genom att mäta upp resistansen kan värrneslingans längd bestämmas.

Enligt en annan utföringsforrn representerar parametern värineslingans typ, som till exempel kan vara serieresistiv, parallellresistiv eller sj älvreglerande.

De bestämda värdena för parametem, exempelvis värrneslingans längd, lagras i mätenheten i en minnesenhet (ej visad i figur l eller 2) och kan utnyttjas vid senare beräkningar.

Mätningarna som görs för att bestämma strömmen eller resistansen för värrneslingan kan företrädesvis göras regelbundet för att kunna identifiera eventuella förändringar i värineslingan, till exempel orsakade av skador. Därför är styrenheten anpassad att bestämma parametern relaterad till värmeslingan med ett förutbestämt och inställbart första mätintervall mellan konsekutiva mätningar. Detta första mätintervall kan vara i storleksordningen sekunder, minuter, dagar eller veckor beroende pä vilken tillämpning som är aktuell.

Enligt en föredragen utföringsforrn innefattar komfortvärmestyrsystemet 2 en temperaturinmatningsenhet l0 för inmatning av önskad temperatur för komfortvärrnesystemet. Denna har indikerats som en streckad ruta i figurerna l och 2.

En användare anger, till exempel via ett vred eller spak, den önskade temperaturen, till exempel for uppvärmning av sätet. Det kan antingen vara i form av ett önskat gradtal, exv. 25 grader, eller enligt en skala graderad till exempel från 0 till 10, där 0 är ingen uppvärmning och 10 är maximal uppvärmning.

Styrenheten är sedan anpassad att bestämma en pulsbredd (PW) för uppvärmningssignalen baserat på den uppmätta resistansen, den önskade temperaturen och den bestämda parametem, så att den önskade temperaturen uppnås, och att avge en styrsignal till matningsenheten som är anpassad att påföra uppvärrnningssignalen till värmeslingan med den bestämda pulsbredden. 10 15 20 25 30 Enligt en ytterligare utföringsforrn är styrenheten anpassad att bestämma pulsbredden (PW) för uppvärrnningssignalen med ett förutbestämt och inställbart andra mätintervall mellan konsekutiva mätningar. Detta andra mätintervall beror av det tidigare nämnda första mätintervall eftersom en förutsättning fór att kunna bestämma pulsbredden är att en strömmätning och/eller resistansmätning har skett, dvs. det andra mätintervallet kan inte vara kortare än det första mätintervallet.

Om man vill åstadkomma en snabb temperaturreglering bör strömmätningen/resistansmätningen ske relativt ofta, exempelvis med ett mätintervall i storleksordningen ett antal sekunder.

Enligt föreliggande uppfinning förbättras reglerbarheten för komfortvärmesystemet genom strömmätning och effektreglering samt möjligheten utökas att hantera olika typer av värinekablar och värrnekabellängder med samma Styrteknik.

En serieresistiv samt parallellresistiv värmeslinga kan elektriskt beskrivas enligt schemat som visas i figur 4.

En sj älvreglerande värrneslinga kan elektriskt beskrivas enligt schemat som visas i figur 5.

Dä induktansen ofta är låg vid dessa tillämpningar, samt att tidskonstanterna för effektregleringen är förhållandevis stora kan vi anta att induktansen är försumbar och sambanden för spänning, ström och resistans kan därför anges som U 2 R * I vilket också visas i figirerna 4 och 5. I ﬁgirerna visas symboler för resistanserna R och induktanserna L för värmeslingorna och hur dessa är beroende av längden i meter (rn).

Om vi mäter strömmen, im, genom kretsen i styrenheten så kan vi med Ohm°s lag (spänningen är känd i styrenheten) räkna ut värrneslingans totaltresistans. På en serie- och parallellresistiv värmeslinga så är den totala resistansen proportionell mot längden, vilket gör att vi kan bestämma längden på värrnekabeln. Då vi vet bestämt vilken värmeslinga vi har kan vi ställa ut önskad periodlängd PW (duty cycle), för att erhålla rätt ström iRMS, och motsvarande temperatur, eftersom dessa är proportionella (öppen reglering sker). 10 15 20 25 30 Samma princip gäller för en sj älvreglerande värmeslinga. Fördelen med den sj älvreglerande slingan är att man här inte behöver veta längden utan istället använder styrenheten för att mäta temperaturen då resistansen är proportionell mot temperaturen (återkopplad reglering sker).

Komfortvärmestyrsystemet enligt uppfinning ger också möjlighet att kunna diagnostisera problem med värrneslingan, exempelvis om värmeslingan är for lång eller kort, om temperaturdifferenser har uppstått, och om det har uppstått någon kortslutning mot batteriet eller kortslutning mot jord.

Resistansen mäts således av mätenheten genom att mäta strömmen som påförs värrneslingan frän matningsenheten och beräknas sedan med hjälp av Ohms lag (Resistans = spänning / ström).

Komfortvärmestyrsystemet är, enligt en utföringsform, använd for en sj älvreglerande värrneslinga, där det faktum utnyttjas att temperaturen påverkar ett materials resistans olika beroende på materialets resistivitet.

Enligt en föredragen utföringsforrn aktiverar styrenheten uppvärmningen av värmeslingan om den uppmätta resistansen är lägre än en förinställd tröskel. I detta fall förutsätts resistansen öka med temperaturen och aktiveringen sker således då temperaturen är lägre än en förutbestämd gräns.

Styrenheten är anpassad att bestämma en temperatur för värrneslingan baserat på den uppmätta resistansen och att aktivera uppvärmningen av värmeslingan om den bestämda temperaturen är lägre än en förinställd tröskel, t.ex. 20 C°, 22 C°, 24 C°, eller någon annan lämplig temperatur.

Enligt en ytterligare utföringsform är styrsystemet anpassat att kontinuerligt reglera tillförd energi från matningsenheten i beroende av den uppmätta resistansen, eller i beroende av motsvarande temperatur. Till exempel kan matningsenheten aktiveras vid en 10 15 forinställd resistans/temperatur och sedan kontinuerligt reglera tillförd energi, genom att variera pulsbredden, så länge som temperaturen ligger under denna nivå.

Det elektriskt ledande materialet är företrädesvis en metall, till exempel koppar, eller en legering som innehåller koppar, som har en given resistans vid en viss temperatur. Krom, nickel, platina och legeringar av dessa är andra material som kan användas. Naturligtvis finns det ett stort antal andra material som är elektriskt ledande och har en temperaturberoende resistans som kan användas i samband med föreliggande uppfinning.

Resistansen för värrneslingan bestäms for alla temperaturer inom arbetsområdet under kontrollerade former. Detta genererar resistanser och temperaturer som lagras i en mapp i en minnesenhet i mätenheten eller i styrenheten. Resistansen bestäms genom att mäta strömmen som levereras till värmeslingan från spänningskällan.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till ovan-beskrivna föredragna utföringsformer.

Olika altemativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas. Ovan utforingsforrner skall därför inte betraktas som begränsande uppfinningens skyddsomfång vilket definieras av de bifogade patentkraven.

Claims

10 15 20 25 30 Patentkrav

1. Komfortvärmestyrsystem (2) för ett fordon försett med ett komfortvärrnesystem med en eller ﬂera värrneslingor (4), innefattande en styrenhet (6); en matningsenhet (8) anpassad att päföra en pulsbreddsmodulerad uppvännningssignal med en periodlängd PH och en variabel pulsbredd PW till nämnda värrneslinga, kännetecknat av att komfortvärrnestyrsystemet vidare omfattar en mätenhet (12) anpassad att mäta strömmen IH i värmeslingan då uppvärrnningssignalen påförs värrneslingan, och att generera en strömsignal (14) i beroende uppmätta strömmen IH som är anpassad att påföras styrenheten, varvid styrenheten är anpassad att bestämma en parameter relaterad till värrneslingan i beroende av strömmen.

2. Komfortvärrnestyrsystem (2) enligt krav 1, varvid nämnda mätning av strömmen sker under en mätperiod omfattande minst en puls av uppvärrnningssignalen.

3. Komfortvännestyrsystem (2) enligt krav 1 eller 2, varvid mätenheten (12) vidare är anpassad att mäta spänningen UH över värrneslingan då uppvärrnningssignalen päförs värmeslingan och att bestämma resistansen för värrneslingan baserat på den uppmätta spänningen UH och den uppmätta strömmen IH, och att generera en resistanssignal (l4°) i beroende därav som är anpassad att päföras styrenheten, varvid styrenheten är anpassad att bestämma en parameter relaterad till värrneslingan i beroende av resistansen.

4. Komfortvärrnestyrsystem (2) enligt krav 3, varvid nämnda mätning av spänningen sker under en mätperiod omfattande minst en puls av uppvärrnningssignalen.

5. Komfortvärrnestyrsystem (2) enligt något av kraven 1-4, varvid nämnda parameter representerar värmeslingans längd.

6. Komfortvärrnestyrsystem (2) enligt något av kraven 1-4, varvid nämnda parameter representerar värrneslingans typ, vald bland serieresistiv, parallellresistiv eller 10 15 20 10 sj älvreglerande.

7. Komfortvärrnestyrsystem (2) enligt något av föregående krav, varvid styrenheten är anpassad att bestämma nämnda parameter relaterad till värrneslingan med ett förutbestämt och inställbart första mätintervall mellan konsekutiva mätningar.

8. Komfortvärrnestyrsystem (2) enligt något av föregående krav, varvid styrsystemet innefattar en temperaturinmatningsenhet (10) för inmatning av önskad temperatur för komfortvärmesystemet, varvid styrenheten är anpassad att bestämma en pulsbredd (PW) för uppvärmningssignalen baserat på den uppmätta strömmen och/eller resistansen, den önskade temperaturen och den bestämda parametem, så att den önskade temperaturen uppnås, och att avge en styrsignal (16) till matningsenheten som är anpassad att påföra uppvärrnningssignalen till värmeslingan med den bestämda pulsbredden.

9. Komfortvärmestyrsystem (2) enligt något av föregående krav, varvid uppvärrnningssignalen har en frekvens FH i intervallet 0,1 - 100 Hz.

10. Komfortvärrnestyrsystem (2) enligt något av föregående krav, varvid styrenheten är anpassad att bestämma pulsbredden (PW) för uppvärmningssignalen med ett forutbestämt och inställbart andra mätintervall mellan konsekutiva mätningar.