WO2012143193A1

WO2012143193A1 - Elektrische heizung, fahrzeug mit elektrischer heizung sowie verfahren zum steuern einer elektrischen heizung

Info

Publication number: WO2012143193A1
Application number: PCT/EP2012/054905
Authority: WO
Inventors: Uwe REINHOLZ
Original assignee: Webasto Ag
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2012-10-26
Also published as: DE102011007817A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizung (200) mit mindestens einer ersten Widerstandsheizeinrichtung (202), einer zweiten Wderstandsheizeinrichtung (204) und einer dritten Widerstandsheizeinrichtung (206), sowie mindestens einer Schalteinrichtung (210, 216, 222, 224). Die Schalteinrichtung (210, 216, 222, 224) ist dazu ausgebildet, für einen Heizbetrieb die erste Widerstandsheizeinrichtung (202), die zweite Widerstandsheizeinrichtung (204) und die dritte Widerstandsheizeinrichtung (206) wahlweise zwischen einem ersten Heizmodus, in welchem die erste Wderstandsheizeinrichtung (202), die zweite Widerstandsheizeinrichtung (204) und die dritte Widerstandsheizeinrichtung (206) elektrisch seriell zueinander geschaltet sind, und einem zweiten Heizmodus umzuschalten, in welchem mindestens zwei der ersten Wderstandsheizeinrichtung (202), der zweiten Widerstandsheizeinrichtung (204) und der dritten Wderstandsheizeinrichtung (206) elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug mit einer elektrischen Heizung (200) sowie ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Heizung (200).

Description

Elektrische Heizung, Fahrzeug mit elektrischer Heizung sowie Verfahren zum Steuern einer elektrischen Heizung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizung, sowie ein Fahrzeug mit einer elektrischen Heizung und ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Heizung.

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 Elektrofahrzeu- gen, 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. Im Betrieb können elektrische Heizungen empfindlich auf Schwankungen der Heizspannung reagieren, mit der ihre Heizelemente versorgt werden. Andererseits stellen elektrische Heizungen ihrerseits Verbraucher mit hohen Leistungsanforderungen dar, so dass ein schwankender, beispielsweise gepulster, Heizbetrieb sich negativ auf die Stabilität der Spannungsversorgung auswirken kann. Beispielsweise können in einer elektrischen Heizung Rippelströme entstehen, die sich über ein elektrisches Netz ausbreiten können, an welches die Heizung angeschlossen ist. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische Heizung bereitzustellen, die auch bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen oder einer veränderlichen Versorgungsspannung effizient und genau gesteuert werden kann. Es soll auch ein Fahrzeug mit einer derartigen Heizung sowie ein effizientes Verfahren zum Steuern einer elektrischen Heizung bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. 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 heizen. Ein derartiges Medium kann ein Fluid sein, etwa ein Gas wie Luft oder eine Flüssigkeit wie Wasser. Die elektrische Heizung ist insbesondere für einen mobilen Einsatz vorgesehen, beispielsweise für ein Fahrzeug, etwa einem Elektro-Fahrzeug. Zur Umsetzung von elektrischer Energie in Wärme kann beispielsweise eine Widerstandsheizeinrichtung verwendet werden. Eine Wderstandsheizeinrichtung kann einen oder mehrere elektrische Widerstände oder Heizelemente aufweisen, die parallel und/oder seriell zueinander geschaltet sein können. Eine Wderstandsheizeinrichtung kann dabei als Anordnung von Heizwiderständen angesehen werden, die einen festen, bestimmten Heizwiderstandswert bereitstellt. Die Widerstände oder Heizelemente einer Wderstandsheizeinrichtung können zueinander parallel geschaltet sein. Ein elektrischer Wderstand, der Wärme erzeugt, wenn ein elektrischer Strom ihn durchfließt, kann als Heizwiderstand oder Heizelement angesehen werden. Ein derartiger Heizwiderstand einer Widerstandsheizeinrichtung ist im Allgemeinen mit einem im Vergleich zu Leitungswiderständen hohen Widerstandswert ausgestattet. Ein Heizwiderstand kann beispielsweise in Form eines zu einer Spule gewickelten Leitungsdrahtes oder Heizdrahtes ausgebildet sein. Eine Wderstandsheizeinrichtung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass ein Großteil beziehungsweise der größte Teil der von ihr erzeugten Wärme über einen oder mehrere elektrische Widerstände erzeugt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass von einer Wder- Standsheizeinrichtung umgesetzte elektrische Leistung im Wesentlichen oder größtenteils in Wärme umgesetzt wird. Der zum Erzeugen von Wärme oder zum Erwärmen eines zum Erwärmen vorgesehenen Mediums oder Volumens wirksame Widerstandswert einer Widerstandsheizeinrichtung oder eines Heizwiderstands kann als Heizwiderstandswert bezeichnet werden. Eine derartige Wderstandsheizeinrichtung oder ein Heizwiderstand kann insbesondere ein metallisches und/oder leitendes Material umfassen oder daraus hergestellt sein. Das Material und/oder ein Heizwiderstand können einen im Wesentlichen mit der Temperatur linear steigenden elektrischen Wderstand aufweisen. Es kann insbesondere zweckmäßig sein, wenn ein Heizwiderstand oder eine Wderstandsheizeinrichtung ein Kaltleitermaterial aufweist oder aus einem solchen hergestellt ist. Beispielsweise kann ein Heizwiderstand in Dickfilmtechnologie hergestellt sein. Das Material kann nichtkeramisch sein. Eine Spannungsquelle oder Stromquelle kann eine Heizspannung oder einen Heiz- ström für die elektrische Heizung bereitstellen. Dabei kann insbesondere ein Bordnetz eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, als Spannungsquelle einer Heizspannung dienen. Die Spannungsversorgung kann durch eine Batterie oder einen Akkumulator bereitgestellt sein, beispielsweise eine Fahrzeugbatterie. Die Heizspannung oder Versorgungsspannung kann eine Gleichspannung sein. Als eine Heizspannung oder Versorgungsspannung kann diejenige Spannung angesehen werden, die zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme an eine oder mehrere Widerstandsheizeinrichtungen oder Heizwiderstände angelegt wird. Eine Spannungsversorgung kann eine nominale Spannung oder Versorgungsspannung bereitstellen. Es kann vorgesehen sein, dass eine Spannungsversorgung eine maximale Spannung bereitstellt. Das Verbinden einer oder mehrerer elektrischen Komponenten wie beispielsweise einer Widerstandsheizeinrichtung mit einer Spannungsversorgung kann das anschließen, verbinden und/oder schalten der Komponente oder der Komponenten derart umfassen, dass sie mit einem ersten Pol der Spannungsversorgung und mit einem zweiten Pol der Spannungsversorgung verbunden sind, so dass eine stromleitende Verbindung zwischen diesen Polen über die Komponente oder die Komponenten entsteht. Eine Widerstandsheizung, die nicht in stromleitfähigen Kontakt mit der Spannungsversorgung steht, durch die also kein Strom zu fließen vermag, kann als nicht mit der Spannungsversorgung verbunden angesehen werden. Insbesondere kann eine nicht mit der Spannungsversorgung verbundene Wderstandsheizeinrichtung oder einer nicht von Strom durchflossene Wderstandsheizeinrichtung nicht für einen Heizbetrieb eingesetzt werden. Diese maximale Spannung kann der Nominalspannung gleich sein, oder geringfügig, insbesondere um 1 %, 5%, 7%, 10% oder 20% darüber liegen. Eine Nominalspannung kann über oder bei 250V, 400V, 500V, 550V, 600V oder 650V liegen. Die hierin erwähnten Spannungswerte, insbesondere die Grenzwerte, kön- nen als Betragswerte von Spannungen angesehen werden. Somit wäre in üblicher Weise eine Spannung von -250V als größer anzusehen als eine Spannung von -50V, da ihr Betrag größer ist. Ob ein Spannungswert unterhalb oder oberhalb eines Grenzwertes liegt kann beispielsweise dadurch überprüft werden, ob eine entsprechende Änderung des Spannungswertes vorliegt. Es ist vorstellbar, dass die Versorgungsspannung zeitlich nicht konstant ist, etwa dann, wenn bei einem Einsatz durch das Zuschalten von Verbrauchern ein Einbruch einer Spannung unter eine Nominalspannung auftritt. Eine elektrische Heizung kann pulsweitenmoduliert betrieben werden. In diesem Fall können über eine oder mehrere Pulsweitenmodulationseinrichtungen die elektrische Heizung und/oder die Widerstandsheizeinrichtung oder Widerstandheizeinrichtungen einer elektrischen Heizung derart angesteuert sein, dass sie gemäß einem oder mehreren Pulssteuersignalen betrieben sind. Insbesondere kann ein Stromfluss durch eine Widerstandsheizeinrichtung oder einen Heizwiderstand gemäß einem Pulssteuersignal erfolgen. Dabei kann etwa ein Transistor gemäß dem Pulssteuersignal einen Stromfluss durch eine Widerstandsheizeinrichtung ermöglichen. Ein solcher Transistor kann 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. Eine Pulsweitenmodulationseinrichtung kann einen oder mehrere Transistoren aufweisen, die durch unterschiedliche oder gleiche Pulssteuersignale angesteuert sein können. Ein Pulssteuersignal kann periodisch sein. Es kann einen oder mehrere Nulldurchläufe pro Periode aufweisen. Es ist vorstellbar, dass ein Puls- Steuersignal im Wesentlichen ein Rechtecksignal ist. Unterschiedliche Pulssteuersignale können sich insbesondere hinsichtlich ihrer Phasen unterscheiden. Als ein Maß einer Pulsweitenmodulation kann ein Prozentwert angegeben sein. Der Prozentwert kann dabei den Anteil an einer Periode oder an einem Zeitraum beschreiben, in dem ein Pulssteuersignal einen Stromfluss durch eine Wderstandsheizeinrichtung oder einen Heizwiderstand ermöglicht. In diesem Zusammenhang kann ein zeitlich konstantes Signal als ein Signal mit einer Pulsweitenmodulation von 100% angesehen werden. Es kann vorgesehen sein, dass eine Pulsweitenmodulationseinrichtung keinen Stromfluss durch eine oder mehr als eine zugeordnete Wderstandsheizeinrichtung zulässt, wenn nicht ein entsprechendes Pulssteuersignal anliegt. Es kann davon ausgegangen werden, dass ein Pulssteuersignal zum Ermöglichen eines Stromflusses anliegt, wenn das Pulssteuersignal eine vorbestimmte Amplitude oder einen vorbestimmten Amplitudenbetrag aufweist oder überschreitet. Eine elektrische Heizung 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 Versorgungsspannung abgestimmt sein. Es kann zweckmäßig sein, wenn die maximale Heizleistung etwa 3000W, 4000W, 5000W, 6000W oder 7000W beträgt oder übersteigt. Eine elektrische Heizung kann bezüglich der Heizleistung einstellbar sein. Es kann vorgesehen sein, dass eine gewünschte oder geforderte Heizleistung einstellbar ist. Dazu kann eine Einsteilvorrichtung zum Einstellen der gewünschten Heizleis- tung vorhanden sein. Eine Schalteinrichtung kann ein oder mehrere Schaltelemente oder Schalter aufweisen. Für derartige Schalter oder Schaltelemente einer Schalteinrichtung wie beispielsweise Transistoren oder einen Relaisschalter gilt allgemein, dass sie sich in einem„An"-Zustand 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 er- lauben. Für elektromechanische Schalter oder Schaltelemente kann ein Schaltsignal oder Steuersignal auf einen Elektromagneten wie eine Spule wirken, um eine gewünschte Schalterposition zu erreichen. Allgemein kann eine elektrische Heizung mindestens eine erste Widerstandsheizeinrichtung und eine zweite Widerstandsheizeinrichtung aufweisen. Die elektrische Heizung kann mindestens eine Pulsweitenmodulationseinrichtung aufweisen, die es vermag, die erste Widerstandsheizeinrichtung und/oder die zweite Widerstandsheizeinrichtung pulsweiten- moduliert zu betreiben, sowie mindestens eine Schalteinrichtung. Es kann vorgesehen sein, dass die Pulsweitenmodulationseinrichtung separat von der Schalteinrichtung ausgebildet ist. Es ist auch vorstellbar, dass die Schalteinrichtung die Pulsweitenmodulation- seinrichtung umfasst. Die Schalteinrichtung kann dazu ausgebildet sein, für einen Heizbetrieb die erste Wderstandsheizeinrichtung und die zweite Wderstandsheizeinrichtung wahlweise zwischen einem ersten Heizmodus, in welchem die erste Widerstandsheizein- richtung und die zweite Widerstandsheizeinrichtung elektrisch seriell geschaltet sind, und einem zweiten Heizmodus umzuschalten, in welchem die erste Widerstandsheizeinrichtung und die zweite Widerstandsheizeinrichtung elektrisch parallel geschaltet sind. Je nach Heizmodus und/oder Schaltzustand der Schalteinrichtung bieten somit die erste Widerstandsheizeinrichtung und die zweite Wderstandsheizeinrichtung einen unterschiedli- chen Gesamtheizwiderstand, der sich entsprechend auf das Heizverhalten der elektrischen Heizung auswirkt. Im ersten und/oder zweiten Heizmodus können die erste Wder- standheizeinrichtung und die zweite Widerstandsheizeinrichtung nach Maßgabe der Puls- weitenmodulationseinrichtung stromleitend mit einer Spannungsversorgung verbunden sein, so dass ein Heizstrom durch sie hindurchfließt oder hindurchfließen kann. Im zweiten Heizmodus, wenn die erste Widerstandsheizeinrichtung und die zweite Widerstandsheizeinrichtung elektrisch parallel geschaltet sind, ergibt sich für die Heizung ein insgesamt niedrigerer Gesamtheizwiderstand als im ersten Heizmodus, in welchem die erste Widerstandsheizeinrichtung und die zweite Widerstandsheizeinrichtung elektrisch seriell geschaltet sind. Durch die beschriebene Anordnung ergibt sich eine kompakte Konstruktion der Heizung, die wenig Bauraum beansprucht. Die elektrische Heizung lässt sich auch bei zeitlich veränderlicher Versorgungsspannung effizient betreiben. Insbesondere ermöglichen die unterschiedlichen Heizmodi eine Anpassung des Heizbetriebs an unterschiedliche geforderte Heizleistungen und variierende Versorgungsspannungen derart, dass sich eine verbesserte Steuerung der Heizleistung durch die Pulsweitenmodulation ergibt. Die Heizwiderstandswerte der ersten Wderstandsheizeinrichtung und der zweiten Widerstandsheizeinrichtung können im Wesentlichen gleich sein, oder sie können unterschied- lieh ausgelegt sein. Bei gleichen Heizwiderstandswerten ergibt sich eine besonders unkomplizierte Handhabung und Steuerung der elektrischen Heizung. Die Widerstandsheizeinrichtungen, insbesondere Heizwiderstände der Wderstandsheizeinrichtungen, können in Kontakt mit einem zu erwärmendem Medium stehen. Das Medium kann ein Fluid sein, etwa ein Gas wie beispielsweise Luft oder eine Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser. Es kann vorgesehen sein, dass Heizwiderstände der Widerstandsheizeinrichtungen, die zum Kontakt mit einem zu erwärmenden Medium vorgesehen sind, durch eine geeignete elektrische Isolierung gegenüber dem Medium, insbesondere gegenüber Wasser, isoliert sind. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn die Isolierung eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist. Die elektrische Heizung kann zwei unabhängig voneinander schaltbare Abschaltpfade aufweisen. Ein erster Abschaltpfad kann durch die Pulsweitenmodulationsein- richtung bereitgestellt sein. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, wenn die Pulswei- tenmodulationseinrichtung dann, wenn sie nicht bestromt ist oder kein Pulssteuersignal an ihr anliegt, einen Heizbetrieb der Heizung unterbricht oder nicht zulässt. Es kann auch vorgesehen sein, dass für den Fall, dass mehrere Pulssteuersignale und/oder Pulssteuersignalpfade verwendet werden, die Pulsweitenmodulationseinrichtung die Heizung abschaltet, wenn für bestimmte Heizmodi ein bestimmtes Pulssteuersignal nicht anliegt, etwa weil eine Fehlfunktion vorliegt. Ein zweiter Abschaltpfad kann durch die Schalteinrichtung bereitgestellt sein. Es kann zweckmäßig sein, wenn die Schalteinrichtung im unbestrom- ten Zustand und/oder dann, wenn kein Schaltsignal anliegt und/oder ein bestimmtes Schaltsignal nicht anliegt, die Heizung abschaltet oder die Stromversorgung zu der ersten Widerstandsheizeinrichtung und/oder der zweiten Wderstandsheizeinrichtung unterbricht oder nicht zulässt. Die Schalteinrichtung kann ein, zwei oder mehr unabhängig voneinander schaltbare Schaltelemente aufweisen. Die Schaltelemente können elektromechani- sehe und/oder Halbleiter-Schaltelemente sein. Die Pulsweitenmodulationseinrichtung kann ein, zwei oder mehr unabhängig voneinander schaltbare Elemente aufweisen, die insbesondere Halbleiterelemente sein können.

Es kann vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung es ferner vermag, für einen Heizbe- trieb die erste Widerstandsheizeinrichtung und die zweite Wderstandsheizeinrichtung in einen dritten Heizmodus zu schalten, in welchem die erste Wderstandsheizeinrichtung oder die zweite Wderstandsheizeinrichtung allein betrieben ist. Die allein betriebene Widerstandsheizeinrichtung kann derart geschaltet sein, dass sie nach Maßgabe der Puls- weitenmodulationseinrichtung stromleitend mit einer Spannungsversorgung verbunden ist, so dass ein Heizstrom durch sie hindurchfließt oder hindurchfließen kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die im dritten Heizmodus nicht betriebene Wderstandsheiz- einrichtung in diesem Heizmodus abgeschaltet ist oder nicht stromleitend mit einer Versorgungsspannung verbunden ist. Somit kann für den Heizbetrieb ein zusätzlicher Heizwi- derstandswert verwendet werden, der nur von der ersten Widerstandsheizeinrichtung oder der zweiten Widerstandsheizeinrichtung abhängt. Es kann zweckmäßig sein, die Schalt- einrichtung derart auszubilden, dass sie es vermag, in einem dritten Heizmodus die erste Widerstandsheizeinrichtung für einen Alleinbetrieb zu schalten und für einen vierten Heizmodus die zweite Wderstandsheizeinrichtung für einen Alleinbetrieb zu schalten. Somit kann eine Redundanz der Widerstandsheizeinrichtungen verwirklicht werden. Darüber hinaus kann für den Fall, dass die Widerstandswerte der ersten Wderstandsheizeinrich- tung und der zweiten Widerstandsheizeinrichtung unterschiedlich sind, ein weiterer Heiz- widerstandswert für einen Heizbetrieb verwendet werden.

Die Schalteinrichtung kann als eine Relaisschaltung ausgebildet sein. Insbesondere können ein oder mehr elektrisch betätigte oder betätigbare mechanische Schalter als Relais- elemente vorgesehen sein, um zwischen den Heizmoden umzuschalten. Ein solcher Schalter kann als Schaltelement der Schalteinrichtung vorgesehen sein. Dies ermöglicht eine robuste Konstruktion der Heizeinrichtung. Es kann zweckmäßig sein, dass die Schalteinrichtung zusätzlich ein oder mehrere schaltbare Halbleiterelemente als Schaltelemente aufweist.

Die Schalteinrichtung kann als eine Quasi-Vollbrücke ausgebildet sein. Dabei können im Wesentlichen Halbleiterschaltelemente eingesetzt sein. Eine derartige Quasi-Vollbrücke ist kostengünstig und platzsparend. Des Weiteren treten bei einer derartigen Lösung keine eventuell störenden Schaltgeräusche auf.

Bei einer Weiterbildung kann der Heizwiderstandswert der ersten Widerstandsheizeinrichtung dem Heizwiderstandswert der zweiten Wderstandsheizeinrichtung im Wesentlichen gleich sein. Somit ergibt sich ein symmetrischer und besonders einfacher Aufbau der elektrischen Heizung.

Im ersten Heizmodus und/oder im zweiten Heizmodus können die erste Widerstandsheizeinrichtung und die zweite Wderstandsheizeinrichtung an eine gemeinsame Stromquelle angeschlossen sein. Somit lassen sich eine einfache Steuerung und ein einfacher Betrieb der elektrischen Heizung erreichen. Insbesondere kann die elektrische Heizung eine Steuereinrichtung aufweisen oder an eine Steuereinrichtung angeschlossen oder anschließbar sein. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise als eine elektronische Steuereinrichtung mit einem geeigneten Mikrocontroller oder Steuerchip ausgebildet sein. Es kann dabei zweckmäßig sein, wenn die Steuerein- richtung mit einer übergeordneten Steuereinrichtung kommuniziert und/oder als eine gemeinsame Steuereinrichtung ausgebildet ist, die neben der elektrischen Heizung auch andere Einrichtungen zu steuern vermag. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung der elektrischen Heizung mit einem Bordrechner eines Fahrzeugs verbunden sein, etwa über ein geeignetes Fahrzeugkommunikationsnetzwerk wie einem Bussystem, insbesondere einem CAN-Bus oder LIN-Bus. Es ist auch vorstellbar, dass die Steuereinrichtung der elektrischen Heizung direkt in ein Bordcomputersystem eines Fahrzeugs oder eine Klimatisierungseinrichtung des Fahrzeugs integriert ist. Die Steuereinrichtung kann mit einer Einsteileinrichtung zum Einstellen einer geforderten Heizleistung verbunden sein. Es ist vorstellbar, dass die Einsteileinrichtung eine Benutzerschnittstelle aufweist, über die ein Benutzer die geforderte Heizleistung direkt oder indirekt einstellen oder beeinflussen kann. Die Steuereinrichtung kann über Ausgänge mit der Schalteinrichtung und/oder der Puls- weitenmodulationseinrichtung verbunden sein. Insbesondere kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, die Schalteinrichtung oder Schaltelemente der Schalteinrichtung durch Schaltsignale anzusteuern. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung die Pulsweitenmodulationseinrichtung durch entsprechende Pulssteuersignale ansteuert.

Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Schalteinrichtung und/oder die Pulsweitenmodulationseinrichtung basierend auf einem Spannungswert einer Versorgungsspannung und/oder einer geforderten Heizleistung der elektrischen Heizung anzus- teuern. Somit kann die elektrische Heizung auf unterschiedliche Werte der Versorgungsspannung gut reagieren und auch bei unterschiedlichen Werten der Heizspannung oder der Versorgungsspannung effizient und genau gesteuert werden. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Schalteinrichtung für einen Heizmodus anzusteuern, der bei einer bestimmten geforderten Heizleistung und/oder gegebener Versorgungsspannung einen Betrieb mit möglichst hoher Pulsweitenmodulation ermöglicht, also möglichst hohem Heizanteil während einer Periode. Dies kann erreicht werden, indem die Heizung oder die Schalteinrichtung in einen Heizmodus geschaltet wird, in dem der Gesamtheizwiderstand bei gegebener Versorgungsspannung der höchste einstellbare Gesamtwiderstand ist, bei dem sich die geforderte Heizleistung bereitstellen lässt. Somit kann ein möglichst hoher Anteil einer Pulsperiode zum Heizen verwendet werden. Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, mit einem oder mehreren Sensoren zu kommunizieren. Es kann zweckmäßig sein, wenn die Steuereinrichtung an einen Spannungssensor angeschlossen ist. Der Spannungssensor kann zur Messung der Heizspannung ausgebildet sein. Es ist vorstellbar, dass der Spannungssensor ein Spannungssignal an die Steuereinrichtung zu übertragen vermag, welches die gemessene Spannung betrifft. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung es vermag, geeignete Schalt- und/oder Steuersignale an die Schalteinrichtung und/oder die Pulsweitenmodulationseinrichtung zu übertragen.

Ferner ist ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Heizung vorstellbar, wobei es sich bei der elektrischen Heizung um eine der hierin beschriebenen elektrischen Heizungen handeln kann. Für einen Heizbetrieb werden die erste Widerstandsheizeinrichtung und die zweite Widerstandsheizeinrichtung wahlweise in einen ersten Heizmodus, für welchen die erste Widerstandsheizeinrichtung und die zweite Widerstandsheizeinrichtung elektrisch seriell geschaltet werden, oder in einen zweiten Heizmodus geschaltet, für welchen die erste Widerstandsheizeinrichtung und die zweite Widerstandsheizeinrichtung elektrisch parallel geschaltet werden. Es kann vorgesehen sein, dass für einen Heizbetrieb die erste Widerstandsheizeinrichtung und die zweite Widerstandsheizeinrichtung in einen dritten Heizmodus geschaltet werden, in welchem die erste Wderstandsheizeinrichtung oder die zweite Widerstandsheizeinrichtung allein betrieben werden. Insbesondere kann vorgese- hen sein, dass die im dritten Heizmodus nicht betriebene Widerstandsheizeinrichtung für diesen Heizmodus abgeschaltet ist.

Insbesondere ist eine derartige elektrische Heizung mit mindestens einer ersten Widerstandsheizeinrichtung, einer zweiten Widerstandsheizeinrichtung und einer dritten Wider- Standsheizeinrichtung beschrieben. Die Heizung weist mindestens eine Schalteinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, für einen Heizbetrieb die erste Widerstandsheizeinrichtung, die zweite Wderstandsheizeinrichtung, die dritte Widerstandsheizeinrichtung wahlweise zwischen einem ersten Heizmodus, in welchem die erste Wderstandsheizeinrichtung, die zweite Wderstandsheizeinrichtung und die dritte Widerstandsheizeinrichtung elektrisch seriell zueinander geschaltet sind, und einem zweiten Heizmodus umzuschalten, in welchem mindestens zwei der ersten Wderstandsheizeinrichtung, der zweiten Wderstandsheizeinrichtung und der dritten Widerstandsheizeinrichtung elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Je nach Heizmodus und/oder Schaltzustand bieten somit die Widerstandsheizeinrichtungen einen unterschiedlichen Gesamtheizwiderstand, der sich ent- sprechend auf das Heizverhalten der elektrischen Heizung auswirkt. Die Heizeinrichtung kann ein oder mehrere Schaltelemente oder Schalter aufweisen, die der Schalteinrichtung zugeordnet sein können. Es können ein oder mehrere Schalter pulsweitenmoduliert betreibbar sein, die als Pulsweitenmodulationseinrichtung angesehen werden können. Somit kann eine Pulsweitenmodulationseinrichtung ein Teil der Schalteinrichtung sein. Es versteht sich, dass allgemein durch Pulsweitenmodulation mehrerer Schalter eine Vermi- schung von Heizbetriebsmodi auftreten oder angesteuert werden kann, insbesondere wenn unterschiedliche Schalter unterschiedlich pulsweitenmoduliert angesteuert werden. Dabei kann jeweils der erste Heizmodus oder der zweite Heizmodus als Basismodus für eine Ansteuerung dienen, von dem gegebenenfalls in einen oder mehrere andere Heizmodi gewechselt wird. Jedoch kann vorgesehen sein, dass bei einer Vermischung der Heizmodi nicht zwischen dem ersten Heizmodus und dem zweiten Heizmodus umgeschaltet wird. Es kann eine gemeinsame Spannungsversorgung vorgesehen sein, mit welcher die Widerstandsheizeinrichtungen nach Maßgabe der Schalteinrichtung verbunden werden können. Die Schalteinrichtung kann einen als Hauptschalter vorgesehenen Schalter aufweisen, über den eine Bestromung der Widerstandsheizeinrichtungen erfolgt. Ein de- rartiger Schalter kann als Leistungstransistor, insbesondere als IGBT oder MOSFET ausgebildet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass dann, wenn der Hauptschalter "Aus" geschaltet ist, eine Verbindung aller Wderstandsheizeinrichtungen mit einer Spannungsversorgung unterbrochen ist. Im "Aus"-Zustand eines Hauptschalters ist somit kein Heizbetrieb der Heizung möglich. Ein Hauptschalter kann in einer Leitung zwischen einem Pol einer Spannungsversorgung und einer Anordnung von Wderstandsheizeinrichtungen angeordnet sein. Es ist vorstellbar, dass ein Hauptschalter derart angeordnet ist, dass ein Stromfluss von der Spannungsversorgung zu einer oder mehreren, insbesondere allen, der Widerstandsheizeinrichtungen jeweils über den Hauptschalter erfolgen muss. Ein Hauptschalter kann pulsweitenmoduliert betrieben werden oder betreibbar sein. Somit kann durch einen Hauptschalter ein erster Abschaltpfad gegeben sein. Ein zweiter Abschaltpfad kann durch einen zweiten Hauptschalter gebildet sein, der in Serie mit dem ersten Hautschalter zwischen den Polen einer Spannungsversorgung angeordnet sein kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein erster Hauptschalter einem ersten Pol einer Spannungsversorgung zugeordnet ist und ein zweiter Hauptschalter einem zwei- ten Pol der Spannungsversorgung zugeordnet ist. Hauptschalter können zweckmäßigerweise unabhängig voneinander ansteuerbar sein, so dass sich mindestens zwei voneinander unabhängige Abschaltpfade ergeben. Zumindest ein Hauptschalter kann als Schutzschalter ausgebildet sein, der einen maximalen Stromfluss von der Spannungsversorgung zu begrenzen vermag, etwa indem er bei Überschreiten eines bestimmten Strom- flusses in seinen "Aus"-Zustand schaltet und den Stromfluss unterbricht. Ein Schutzschal- ter kann beispielsweise als thermischer Schalter ausgebildet sein, der bei Erreichen einer bestimmten Temperatur einen Stromfluss unterbricht.

Es kann vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung dazu ausgebildet ist, in dem zweiten Heizmodus die erste Widerstandsheizeinrichtung, die zweite Widerstandsheizeinrichtung und die dritten Wderstandsheizeinrichtung parallel zueinander zu schalten. Somit kann im zweiten Heizmodus ein besonders niedriger Gesamtwiderstand bereitgestellt sein.

Die Schalteinrichtung kann dazu ausgebildet sein, für einen Heizbetrieb in einem dritten Heizmodus die erste oder zweite oder dritte Widerstandsheizeinrichtung unter Umgehung der anderen dieser Wderstandsheizeinrichtungen mit einer Spannungsversorgung zu verbinden. Somit kann eine der ersten, zweiten und dritten Wderstandsheizeinrichtungen allein betrieben werden, ohne dass die jeweils anderen dieser Wderstandsheizeinrichtungen für einen Heizbetrieb mit der Spannungsversorgung verbunden sind.

Es kann vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung dazu ausgebildet ist, in mehreren Heizmodi jeweils eine der ersten, zweiten und dritten Widerstandsheizeinrichtungen einzeln unter Umgehung der jeweils anderen dieser Wderstandsheizeinrichtungen für einen Heizbetrieb mit einer Spannungsversorgung zu verbinden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung dazu ausgebildet ist, in einem dritten Heizmodus und in einem vierten Heizmodus jeweils eine dieser Wderstandsheizeinrichtungen einzeln unter Umgehung der jeweils anderen dieser Wderstandsheizeinrichtungen für einen Heizbetrieb mit einer Spannungsversorgung zu verbinden. Somit können in unterschiedlichen Heizmodi die erste oder zweite oder dritte Wderstandsheizeinrichtung jeweils einzeln zum Heizen des zu erwärmenden Mediums verwendet werden. Es kann ein dritter Heizmodus definiert sein, in welchem nur die erste Wderstandsheizeinrichtung für einen Heizbetrieb mit der Spannungsversorgung verbunden ist. In einem vierten Heizmodus kann nur die dritte Wderstandsheizeinrichtung für einen Heizbetrieb mit der Spannungsversorgung verbunden sein. Es ist ein fünfter Heizmodus vorstellbar, in welchem nur die zweite Wi- derstandsheizeinrichtung für einen Heizbetrieb mit der Spannungsversorgung verbunden ist. Dabei kann eine Heizung für einen Betrieb in einem oder mehreren dieser Heizmodi ausgebildet sein. Insbesondere ist es vorstellbar, dass die Schalteinrichtung nur eine oder zwei der Widerstandsheizeinrichtungen jeweils einzeln anzusteuern vermag. Beispielsweise kann dann, wenn die Schalteinrichtung die erste und dritte Wderstandsheizeinrichtung jeweils einzeln für einen Heizbetrieb mit einer Spannungsversorgung zu verbinden vermag, aber nicht die zweite Widerstandsheizeinrichtung, die Heizung in dem dritten Heiz- modus und dem vierten Heizmodus betreibbar sein, aber nicht für einen Betrieb in dem fünften Heizmodus ausgebildet sein. Die Schalteinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Heizung zwischen vier der erwähnten Heizmodi umzuschalten, beispielsweise zwischen dem ersten, zweiten, dritten und vierten Heizmodus oder dem ersten, zweiten, drit- ten und fünften Heizmodus. Ein Schaltbereich mit vier Heizmodi kann auf einfache Art mit zwei Schaltern erreicht werden, zu denen zusätzlich ein oder mehrere Hauptschalter eingesetzt werden können. Somit kann insbesondere erreicht werden, dass im ersten Heizmodus ein hoher Gesamtwiderstand durch die serielle Schaltung der Widerstandsheizeinrichtungen erreicht wird. Im zweiten Heizmodus ergibt sich durch die parallele Schaltung ein niedriger Widerstandswert. Der Gesamtwiderstand im dritten und gegebenenfalls vierten oder fünften Heizmodus liegt jeweils zwischen dem Gesamtwiderstand im ersten Heizmodus und dem Gesamtwiderstand im zweiten Heizmodus und hängt jeweils von den einzelnen Widerstandsheizeinrichtungen zugeordneten Wderstand ab. Bei unterschiedlichen Widerständen der Wderstandsheizeinrichtungen lässt sich somit auf einfache Art ein großer Wderstandsbereich abdecken. Insbesondere für den Fall, dass eine der Widerstandsheizeinrichtungen, etwa die zweite Wderstandsheizeinrichtung, nicht für einen einzelnen Heizbetrieb vorgesehen ist, kann diese mit einem Heizwiderstandswert ausgebildet sein, der höher ist als der Heizwiderstandswert mindestens einer oder jeder der anderen Widerstandsheizeinrichtungen. Es kann vorgesehen sein, dass eine nicht für einen Ein- zelbetrieb vorgesehene Wderstandsheizeinrichtung nur parallel und/oder in Serienschaltung mit mindestens einer anderen der Widerstandsheizeinrichtungen für einen Heizbetrieb durch die Schalteinrichtung schaltbar oder betreibbar ist. Beispielsweise kann bei einer Heizung, die nicht für einen Heizbetrieb im fünften Heizmodus ausgebildet ist, der Heizwiderstandswert der zweiten Wderstandsheizeinrichtung, die nicht für einen Einzelbe- trieb vorgesehen ist, höher sein als der Heizwiderstandswert der ersten Wderstandsheizeinrichtung und/oder der dritten Widerstandsheizeinrichtung. Somit kann die nicht für den Einzelbetrieb vorgesehene Wderstandsheizeinrichtung im Parallelbetrieb, also im zweiten Heizmodus, und im Serienbetrieb der Widerstandsheizeinrichtungen, also im ersten Heizmodus, jeweils die gewünschte Leistungsauskopplung ermöglichen. Es kann beispielswei- se vorgesehen sein, dass die erste Wderstandsheizeinrichtung einen Heizwiderstand von 20 Ohm aufweist, die zweite Wderstandsheizeinrichtung einen Wderstand von 60 Ohm und die dritte Wderstandsheizeinrichtung einen Wderstand von 30 Ohm. Im ersten Heizmodus kann somit ein Gesamtwiderstand von 110 Ohm bereitgestellt werden, während im zweiten Heizmodus ein Gesamtwiderstand von 10 Ohm wirksam ist. Im dritten Heizmodus kann in diesem Beispiel ein Gesamtwiderstand von 20 Ohm bereitgestellt werden, während im vierten Heizmodus ein Gesamtwiderstand von 30 Ohm wirksam ist, wenn die Hei- zung für einen Betrieb in den erwähnten dritten und vierten Heizmodi ausgebildet ist, also jeweils die erste und dritte Widerstandsheizeinrichtung für einen Einzelbetrieb zu schalten vermag. Es kann allgemein vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung dazu ausgebildet ist, zum Erreichen einer geforderten Heizleistung bei gegebener Versorgungsspannung zwischen dem ersten und dritten und/oder vierten und/oder fünften Heizmodus umzuschalten, um die Heizmodi zu mischen und die Widerstandsheizeinrichtungen zu entlasten. Es ist allgemein vorstellbar, dass die Schalteinrichtung dazu ausgebildet ist, zum Erreichen einer geforderten Heizleistung bei gegebener Versorgungsspannung zwischen dem zweiten und dritten und/oder vierten und/oder fünften Heizmodus umzuschalten, um die Heizmodi zu mischen und die Widerstandsheizeinrichtungen zu entlasten. Somit kann für einen Heizbetrieb jeweils der erste oder zweite Heizmodus als eine Art Basismodus angesehen werden, in dem die erste, zweite und dritte Widerstandsheizeinrichtung verwendet werden, und von dem aus zur Entlastung in Heizmodi umgeschaltet wird, in denen jeweils nur eine Wderstandsheizeinrichtung betrieben wird.

Bei einer Weiterbildung kann die Schalteinrichtung einen ersten Schalter aufweisen, der mit einem ersten Pol einer Spannungsversorgung verbunden oder verbindbar ist, und der über die dritte Wderstandsheizeinrichtung und einen zweiten Schalter unter Umgehung der ersten Widerstandsheizeinrichtung und der zweiten Widerstandsheizeinrichtung mit einem zweiten Pol der Spannungsversorgung elektrisch verbindbar ist. Somit kann ein Schaltpfad zwischen dem ersten und dem zweiten Pol der Spannungsversorgung über den ersten Schalter, die dritte Widerstandsheizeinrichtung und den zweiten Schalter gegeben sein, die in diesem Pfad seriell zueinander geschaltet sein können. Dieser Schaltpfad kann in dem erwähnten fünften Heizmodus für einen Heizbetrieb geschaltet sein. Insbesondere ist es vorstellbar, dass der erste Schalter als Hauptschalter dient, über den ein Gesamtstrom verlaufen kann, der sich aus über die eingeschalteten Schaltpfade der Heizung verlaufenden Strömen zusammensetzt.

Die Schalteinrichtung kann einen dritten Schalter aufweisen, über den die erste Wider- Standsheizeinrichtung unter Umgehung der zweiten Widerstandsheizeinrichtung und der dritten Wderstandsheizeinrichtung mit dem ersten Schalter und dem zweiten Pol der Spannungsversorgung elektrisch verbindbar ist. Somit kann ein zweiter Schaltpfad vorgesehen sein, der den ersten und den zweiten Pol der Spannungsversorgung über den ersten Schalter, die erste Wderstandsheizeinrichtung und den dritten Schalter miteinander verbinden kann, wobei diese Komponenten in diesem Schaltpfad seriell angeordnet sein können. Dieser Schaltpfad kann in dem erwähnten dritten Heizmodus für einen Heizbe- trieb geschaltet sein. Der zweite Schalter und der dritte Schalter können derart angeordnet sein, dass bei gleichzeitiger„ArT'-Schaltung dieser Schalter die erste Widerstandsheizeinrichtung, die zweite Widerstandsheizeinrichtung und die dritte Wderstandsheizeinrichtung parallel betrieben oder nach Abhängigkeit des Schaltzustands des ersten Schalters be- treibbar sind. Somit kann insbesondere bei Betätigung des ersten Schalters, des zweiten Schalters und des dritten Schalters der zweite Heizmodus eingestellt sein. Es ist vorstellbar, dass dann, wenn der zweite und der dritte Schalter„Aus" geschaltet sind, der erste Heizmodus eingestellt ist. Die Schalteinrichtung kann als eine Relaisschaltung ausgebildet sein. Insbesondere können ein oder mehrere Schalter der Schalteinrichtung als Relaisschalter ausgebildet sein. Beispielsweise können ein Schutzschalter und/oder der erste Schalter als elektromechani- sche Relaisschalter ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass der erste Schalter pulsweitenmoduliert betreibbar ist. Somit kann der Heizbetrieb über den ersten Schalter pulsweise gesteuert werden.

Bei einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der zweite Schalter und/oder der dritte Schalter pulsweitenmoduliert betreibbar sind. Somit können die über diese Schalter verlaufenden Schaltpfade direkt angesteuert und moduliert werden.

Ein Heizwiderstand der ersten Widerstandsheizeinrichtung kann sich von dem Heizwiderstandwert der zweiten Wderstandsheizeinrichtung und/oder einem Heizwiderstandswert der dritten Widerstandsheizeinrichtung unterscheiden. Es kann vorgesehen sein, dass sich die Heizwiderstandswerte der ersten, zweiten und dritten Wderstandsheizeinrichtung voneinander unterscheiden. Somit kann eine große Vielzahl von möglichen Gesamtwiderstandswerten bereitgestellt werden. Der Heizwiderstandswert einer Widerstandsheizeinrichtung kann durch Parallelschaltung und/oder Serienschaltung von Einzelwiderständen gegeben sein. Dabei können für die unterschiedlichen Widerstandsheizeinrichtungen glei- chartige Wderstände mit einem gleichartigen Heizwiderstandswert in unterschiedlicher serieller und/oder paralleler Anordnung vorgesehen sein. Es können auch Einzelwiderstände mit unterschiedlichen Heizwiderstandswerten verwendet werden. Es kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei oder alle Wderstandsheizeinrichtungen gleiche Heizwiderstandswerte aufweisen, wodurch sich die Heizung leichter und kostengünstiger herstel- len lässt. Die elektrische Heizung kann eine Steuereinrichtung aufweisen oder an einer Steuereinrichtung angeschlossen oder anschließbar sein. Insbesondere kann die Steuereinrichtung dazu vorgesehen sein, die Schalteinrichtung oder Schalter der Schalteinrichtung anzusteuern. Die Steuereinrichtung kann dazu beispielsweise geeignete Schaltsignale und/oder pulsweitenmodulierte Signale zur Ansteuerung der Schalter der Schalteinrichtung bereitstellen, insbesondere des ersten Schalters.

Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu einrichtet ist, die Schalteinrichtung basierend auf einem Spannungswert einer Versorgungsspannung und/oder einer geforderten Heizleistung der elektrischen Heizung zu steuern. Damit kann der für den Heizbetrieb verfügbare Gesamtwiderstand in Abhängigkeit von der vorhandenden Versorgungsspannung und/oder der Heizleistung gesteuert werden, wodurch sich eine optimierte Auslastung der Heizwiderstände beziehungsweise eines verfügbaren Modulationsbereiches ergibt. Die Versorgungsspannung kann durch eine Spannungsversorgung bereitges- teilt sein.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Steuern einer hierin beschreibenden elektrischen Heizung beschreiben, bei dem die Schalteinrichtung für einen Heizbetrieb die erste Widerstandsheizeinrichtung, die zweite Widerstandsheizeinrichtung und die dritte Widerstands- heizeinrichtung wahlweise zwischen einem ersten Heizmodus, für welchen die erste Widerstandsheizeinrichtung, die zweite Wderstandsheizeinrichtung und die dritte Widerstandsheizeinrichtung elektrisch seriell zueinander geschaltet werden, und einem zweiten Heizmodus umschaltet, für welchen mindestens zwei der ersten Wderstandsheizeinrichtung, der zweiten Wderstandsheizeinrichtung und der dritten Widerstandsheizeinrichtung elektrisch parallel zueinander geschaltet werden.

Allgemein kann bei den hierin beschriebenen Verfahren oder Heizungen vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Schalteinrichtung zu einem Betrieb der elektrischen Heizung im ersten Heizmodus anzusteuern, wenn ein Spannungswert einer Versorgungsspannung der elektrischen Heizung zwischen einem ersten Grenzwert und einem zweiten Grenzwert liegt, der unterhalb des ersten Grenzwertes liegt. Der erste Grenzwert kann beispielsweise ein Nominalwert einer Versorgungsspannung sein, oder um einen geeigneten Wert darüber liegen. Insbesondere kann der erste Grenzwert etwa 1 %, 5%, 10%, 15% oder 20% über dem Nominalwert liegen. In diesem Fall entspricht der erste Heizmodus im Wesentlichen einem Nominalbetriebsmodus, in dem sich die Versorgungsspannung im Bereich des Nominalwertes bewegt. Die Steuereinrichtung kann allgemein dazu ausgelegt sein, die Schalteinrichtung zu einem Betrieb der elektrischen Heizung im zweiten Heizmodus anzusteuern, wenn ein Spannungswert einer Versorgungsspannung der elektrischen Heizung unterhalb eines dritten Grenzwertes liegt. Der dritte Grenzwert kann insbesondere kleiner oder gleich dem zweiten Grenzwert sein. Somit kann bei einer hohen Versorgungsspannung die Heizung im ersten Heizmodus betrieben werden, bei dem ein hoher Gesamtheizwiderstand vorliegt, da die Widerstandsheizeinrichtungen elektrisch seriell geschaltet sind. Eine Pulsweitenmodulation beispielsweise eines ersten Schalters, der als Hauptschalter ausgebildet sein kann, kann dabei derart durchgeführt werden, dass über eine möglichst lange Zeit einer Pulsperiode tatsächlich ein Heizstrom fließt. Bei einer gleichen geforderten Leistung und bei niedrigerer Versorgungsspannung kann die elektrische Heizung zu einem Betrieb im zweiten Heizmodus geschaltet sein, in welchem ein niedrigerer Gesamtheizwiderstand vorliegt.

Es kann allgemein vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Schalteinrichtung zu einem Betrieb der elektrischen Heizung in einen dritten Heizmodus anzusteuern, wenn ein Spannungswert einer Versorgungsspannung der elektrischen Heizung zwischen dem dritten Grenzwert und einem vierten Grenzwert liegt, der größer ist als der dritte Grenzwert. Der vierte Grenzwert kann dabei insbesondere kleiner als ein zweiter Grenzwert sein, wie er oben erwähnt wird. Somit ergibt sich zwischen einem Betrieb mit parallel geschalteten Widerstandsheizeinrichtungen und seriell geschalteten Widerstandsheizeinrichtungen ein Heizmodus, bei dem nur eine der Wderstandsheizeinrichtungen zum Heizen verwendet wird. Dies bietet ein noch breiteres Spektrum an Betriebsmöglich- keiten. Selbstverständlich kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Schalteinrichtung zu einem Betrieb der elektrischen Heizung in einen vierten Heizmodus zu schalten, wenn ein Spannungswert einer Versorgungsspannung der elektrischen Heizung zwischen dem vierten Grenzwert und einem fünften Grenzwert liegt, der größer ist als der vierte Grenzwert. Dies kann besonders zweckmäßig sein, wenn sich die Widerstandswerte insbesondere der ersten Widerstandsheizeinrichtung und der zweiten Widerstandsheizeinrichtung voneinander unterscheiden. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, im vierten Heizmodus die Widerstandsheizeinrichtung mit einem höheren Widerstandswert zum Heizen zu verwenden oder zu schalten, während im dritten Heizmodus die Widerstandsheizeinrichtung mit einem niedrigeren Heizwiderstand zum Heizen verwendet oder geschaltet wird. Weiterhin ist ein Fahrzeug mit einer elektrischen Heizung vorstellbar, wie sie hierin beschrieben ist. Dabei kann eine Versorgungsspannung der elektrischen Heizung durch ein Bordnetz des Fahrzeugs bereitgestellt sein, welches als Spannungsversorgung dienen kann. Das Bordnetz kann somit eine Versorgungsspannung beispielsweise mit einem der oben erwähnten Nominalwerte bereitstellen. Der Wert der Versorgungsspannung kann je nach Betriebszustand und/oder Art des Fahrzeugs beispielsweise in einem Bereich zwischen 0V, 100V, 150V, 200V, 250V, 300V und 350V und dem Nominalwert liegen. Insbesondere kann das Fahrzeug ein Elektro-Fahrzeug sein, bei dem der Einsatz einer elektrisch betriebenen Heizung besonders zweckmäßig sein kann.

Bei den hierin beschriebenen Verfahren kann es zweckmäßig sein, für einen dritten Heizmodus die erste Widerstandsheizeinrichtung für einen Alleinbetrieb zu schalten und für einen vierten Heizmodus die dritte Wderstandsheizeinrichtung für einen Alleinbetrieb zu schalten. Für einen fünften Heizmodus kann gegebenenfalls die zweite Widerstandsheiz- einrichtung für einen Alleinbetrieb geschaltet werden. Das Schalten der Widerstandsheizeinrichtungen für den entsprechenden Heizmodus kann durch die Schalteinrichtung erfolgen. Im ersten Heizmodus und/oder im zweiten Heizmodus können die erste Widerstandsheizeinrichtung und die zweite Wderstandsheizeinrichtung und gegebenenfalls die dritte Widerstandsheizeinrichtung mit einer gemeinsamen Stromquelle und/oder Span- nungsquelle verbunden werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung zum Schalten der Heizmodi durch eine Steuereinrichtung angesteuert wird. Die Steuereinrichtung kann mit einer übergeordneten Steuereinrichtung kommunizieren und/oder als eine gemeinsame Steuereinrichtung ausgebildet sein, die neben der elektrischen Heizung auch andere Einrichtungen steuert. Es ist vorstellbar, dass die Steuereinrichtung mit einer Einsteileinrichtung zum Einstellen einer geforderten Heizleistung verbunden werden und mit dieser kommunizieren kann. Die Steuereinrichtung kann die Schalteinrichtung und/oder die Pulsweitenmodulationseinrichtung basierend auf einem Spannungswert einer Versorgungsspannung und/oder einer geforderten Heizleistung der elektrischen Heizung steuern. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, wenn die Steuereinrichtung die Schalt- einrichtung für einen Heizmodus oder Basismodus ansteuert, der bei einer bestimmten geforderten Heizleistung und/oder gegebener Versorgungsspannung einen Betrieb mit möglichst hoher Pulsweitenmodulation beispielsweise bei einem ersten Schalter ermöglicht, der als Hauptschalter angesehen sein kann. Somit kann ein möglichst hoher Heizanteil während einer Periode eingestellt werden. Dies kann erreicht werden, indem die Hei- zung oder die Schalteinrichtung in einen Heizmodus oder Basismodus geschaltet wird, in dem der Gesamtheizwiderstand bei gegebener Versorgungsspannung der höchste ein- stellbare Gesamtwiderstand ist, bei dem sich die geforderte Heizleistung bereitstellen lässt. Die Steuereinrichtung kann mit einem oder mehreren Sensoren kommunizieren. Es kann zweckmäßig sein, wenn die Steuereinrichtung an einen Spannungssensor angeschlossen wird. Der Spannungssensor kann die Heizspannung messen. Es ist vorstellbar, dass der Spannungssensor ein Spannungssignal an die Steuereinrichtung überträgt, welches die gemessene Spannung betrifft. Die Steuereinrichtung kann die Schalteinrichtung basierend auf Signalen steuern, die sie von dem oder den Sensoren, insbesondere einem Spannungssensor, und/oder der Einsteileinrichtung empfängt. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung die Schalteinrichtung zu einem Betrieb der elektrischen Hei- zung im ersten Heizmodus ansteuert, wenn ein Spannungswert einer Versorgungsspannung der elektrischen Heizung zwischen einem ersten Grenzwert und einem zweiten Grenzwert liegt, der unterhalb des ersten Grenzwertes liegt. Die Steuereinrichtung kann die Schalteinrichtung zu einem Betrieb der elektrischen Heizung im zweiten Heizmodus ansteuern, wenn ein Spannungswert einer Versorgungsspannung der elektrischen Hei- zung unterhalb eines dritten Grenzwertes liegt. Der dritte Grenzwert kann insbesondere kleiner oder gleich dem zweiten Grenzwert sein. Eine Pulsweitenmodulation kann entsprechend dem Heizmodus, in welchem die Heizung betrieben wird, derart durchgeführt werden, dass über eine möglichst lange Zeit einer Pulsperiode tatsächlich ein Heizstrom fließt. Bei einer gleichen geforderten Leistung und bei niedrigerer Versorgungsspannung kann die elektrische Heizung zu einem Betrieb im zweiten Heizmodus geschaltet werden, in welchem ein niedrigerer Gesamtheizwiderstand vorliegt, um trotz der niedrigeren Versorgungsspannung die geforderte Heizleistung bieten zu können. Es kann zweckmäßig sein, wenn die Steuereinrichtung die Schalteinrichtung zu einem Betrieb der elektrischen Heizung in einen dritten Heizmodus ansteuert, wenn ein Spannungswert einer Versor- gungsspannung der elektrischen Heizung zwischen dem dritten Grenzwert und einem vierten Grenzwert liegt, der größer ist als der dritte Grenzwert. Der vierte Grenzwert kann dabei insbesondere kleiner als ein zweiter Grenzwert sein, wie er oben erwähnt wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung die Schalteinrichtung zu einem Betrieb der elektrischen Heizung in einen vierten Heizmodus ansteuert, wenn ein Spannungswert einer Versorgungsspannung der elektrischen Heizung zwischen dem vierten Grenzwert und einem fünften Grenzwert liegt, der größer ist als der vierte Grenzwert. Dies kann besonders zweckmäßig sein, wenn sich die Widerstandswerte der ersten Widerstandsheizeinrichtung, der zweiten Wderstandsheizeinrichtung und gegebenenfalls der dritten Widerstandsheizeinrichtung voneinander unterscheiden. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, die Wderstandsheizeinrichtung mit dem höheren Wderstandswert im vierten Heizmodus zum Heizen zu verwenden oder zu schalten, während die Wder- standsheizeinrichtung mit dem niedrigeren Heizwiderstand im dritten Heizmodus zum Heizen verwendet oder geschaltet wird. Für die Grenzwerte und Spannungswerte gilt das mit Bezug auf die elektrische Heizung ausgeführte. Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.

Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Heizung mit einer Relaisschaltung; eine schematische Darstellung einer elektrische Heizung mit einer Quasi- Vollbrücke;

Figur 3 ein Diagramm mit unterschiedlich gepulsten Heizströmen.

Figur 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante einer elektrischen

Heizung mit drei Widerstandsheizeinrichtungen;

Figur 5 eine Variante der in Fig. 4 gezeigten Heizung;

Figur 6 eine weitere Variante der in Fig. 4 gezeigten Heizung; Figur 7 noch eine Variante der in Fig. 4 gezeigten Heizung;

Figur 8 eine Heizungsvariante mit einer größeren Anzahl von Widerstandsheizeinrichtungen; Figur 9 eine Variante der Fig. 8 gezeigten Heizung mit einem zusätzlichen Schalter.

In Figur 1 ist schematisch eine elektrische Heizung 10 gezeigt. Die elektrische Heizung 10 weist einen ersten Heizwiderstand 12 und einen zweiten Heizwiderstand 14 auf, die in diesem Beispiel als erste Wderstandsheizeinrichtung und zweite Wderstandsheizeinrich- tung dienen. Es ist ein erster Schalter 16 vorgesehen, der über eine Spule 17 zwischen einem„An"-Zustand und einem„Aus"-Zustand umgeschaltet werden kann. Die Spule 17 kann über eine erste Schaltleitung 18 bestromt werden. Der erste Schalter 16 ist als Relaisschalter ausgebildet. In Figur 1 ist der Schalter im„Aus"-Zustand gezeigt. Ferner ist ein zweiter Schalter 20 vorgesehen, der über eine Spule 21 zwischen einem„An"-Zustand und einem„Aus"-Zustand umgeschaltet werden kann. In Figur 1 ist der Schalter 20, der als Relaisschalter ausgebildet ist, im„Aus"-Zustand dargestellt. Über eine zweite Schaltleitung 22 kann die Spule 21 bestromt werden, um den Schalter 20 umzuschalten. Der erste Schalter 16, der zweite Schalter 20 und die zugehörigen Spulen 17, 21 können als Elemente einer Schalteinrichtung angesehen werden. Die Schaltleitungen 18 und 22 sind an einen gemeinsamen Pol einer Schaltspannungsversorgung 24 angeschlossen. Dazu ist ein Schaltknoten 19 der Schaltleitungen 18 und 22 vorgesehen, der über die Schaltspulen 17, 21 an die Schaltleitungen 18 und 22 angeschlossen ist. Eine Schaltspannungsversorgung kann in diesem Beispiel ein Schaltpotential von 12 V für die Schaltleitungen 18, 22 bereitstellen. Bei Anlegen einer entsprechenden Schaltspannung über die Schaltleitung 18 kann die Spule 17 bestromt werden, so dass der erste Schalter 16 in den„An"-Zustand geschaltet wird. Analog kann durch Anlegen eines Spannungssignals auf die Schaltleitung 22 die Spule 21 bestromt werden, um den Schalter 20 umzuschalten.

Ferner sind Pole 26, 28 einer Spannungsversorgung für die elektrische Heizung 10 vorge- sehen, über die eine Heizspannung bereitgestellt ist. Eine mit dem ersten Pol 26 der Spannungsversorgung verbundene Versorgungsleitung 30 verzweigt an einem Versorgungsknoten 32 in einen ersten Versorgungszweig 34 und einen zweiten Versorgungszweig 36. Der erste Versorgungszweig 34 ist mit dem ersten Schalter 16 verbunden. Der zweite Versorgungszweig 36 ist mit dem zweiten Schalter 20 verbunden. Über den ersten Schalter 16 kann der erste Versorgungszweig 34 mit einer ersten Heizleitung 38 verbunden werden, in welcher der erste Heizwiderstand 12 angeordnet ist. Ferner ist eine zweite Versorgungsleitung 40 vorgesehen, die an den zweiten Pol 28 der Spannungsversorgung angeschlossen ist. Die zweite Versorgungsleitung 40 verzweigt an einem zweiten Versorgungsknoten 42 in einen dritten Versorgungszweig 44 und einen vierten Versorgungs- zweig 46. Der dritte Versorgungszweig 44 der zweiten Versorgungsleitung 40 ist an den ersten Schalter 16 angeschlossen. Der erste Schalter 16 ist derart angeordnet, dass er im „Aus"-Zustand die Heizleitung 38 mit dem dritten Versorgungszweig 44 der zweiten Versorgungsleitung 40 verbindet. Im„An"-Zustand verbindet der erste Schalter 16 die Heizleitung 38 mit dem ersten Versorgungszweig 34 der ersten Versorgungsleitung 30. Der vierte Versorgungszweig 46 der zweiten Versorgungsleitung 40 ist über einen Heizknoten 48 mit der ersten Heizleitung 38 verbunden. Zwischen dem Heizknoten 48 und dem zweiten Ver- sorgungsknoten 42 ist im vierten Versorgungszweig 46 der zweite Heizwiderstand 14 geschaltet. Der erste Heizwiderstand 12 ist zwischen dem Heizknoten 48 und dem ersten Schalter 16 in die Heizleitung 38 geschaltet. Der zweite Schalter 20 ist über eine Relaisleitung 50 an den Heizknoten 48 angeschlossen. Im „An"-Zustand verbindet der zweite Schalter 20 den zweiten Versorgungszweig 36 der ersten Versorgungsleitung 30 mit dem Heizknoten 48. Im„Aus"-Zustand wird über den zweiten Schalter 20 keine leitende Verbindung zwischen dem Heizknoten 48 und einer der Versorgungsleitungen 30, 40 hergestellt. Zwischen dem zweiten Versorgungsknoten 42 der zweiten Versorgungsleitung 40 und dem zweiten Pol der Versorgungsspannung 28 ist ferner eine Pulsweitenmodulation- seinrichtung 52 vorgesehen. Die Pulsweitenmodulationseinrichtung 52 ist dabei als Transistor ausgebildet, in diesem Beispiel als ein IGB-Transistor und kann als Hauptschalter angesehen werden. Über eine Steuerleitung 54 wird ein Pulsweitenmodulationssignal oder Pulssteuersignal als Steuersignal an die Pulsweitenmodulationseinrichtung 52 gegeben. Insbesondere können Eingang und Ausgang (Kollektor und Emitter) der Pulsweitenmodu- lationseinrichtung 52 derart angeordnet sein, dass der Eingang an den zweiten Versorgungsknoten 42 und der Ausgang an den Pol 28 angeschlossen ist. Der Steuereingang (Gate) der Pulsweitenmodulationseinrichtung 52 ist an die Steuerleitung 54 angeschlossen. Wird durch das Pulsweitenmodulationssignal oder Pulssteuersignal die Pulsweiten- modulationseinrichtung 52 auf Durchlass geschaltet, kann grundsätzlich ein Heizstrom zwischen den Polen 26, 28 der Spannungsversorgung fließen. Während der Zeiten, in denen kein Signal auf der Steuerleitung 54 anliegt, weil beispielsweise das Signal einen periodischen Nulldurchgang durchläuft oder überhaupt kein Signal anliegt, kann entsprechend kein Strom zwischen den Polen 26, 28 der Versorgungsspannung fließen. Somit wird über die Pulsweitenmodulationseinrichtung 52 ein erster Abschaltpfad der elektri- sehen Heizung 10 ermöglicht, denn ohne das Anlegen eines Pulsweiten- modulationssignals über die Steuerleitung 54 ist die elektrische Heizung 10 somit abgeschaltet. Das Pulssteuersignal kann ein Rechtecksignal sein. Die mit den Schaltleitungen 18, 22 und der Steuerleitung 54 verbundenen Pfeile stellen Ausgänge einer Steuereinrichtung dar, welche es vermag, Schaltsignale oder Pulssteuersignale auf die Schaltleitungen 18, 22 oder die Steuerleitung 54 zu legen. Die Steuereinrichtung steuert die Schalteinrichtung und/oder die Pulsweitenmodulationseinrichtung 52 basierend auf einem Spannungswert der über die Pole 26, 28 bereitgestellten Versorgungsspannung und/oder einer geforderten Heizleistung der elektrischen Heizung an. Dazu gibt sie über ihre Ausgänge entsprechende Schaltsignale und/oder Steuersignale aus. Die Schalteinrichtung der elektrischen Heizung 10, die in diesem Fall die Schalter 16 und 20 aufweist, kann wie folgt geschaltet werden:

Sind der erste Schalter 16 und der zweite Schalter 20 beide im„Aus"-Zustand, ist keine leitende Verbindung zwischen dem ersten Pol 26 und dem zweiten Pol 28 der Spannungsversorgung möglich. Somit ergibt sich über die Schalter 16, 20 ein zweiter Abschaltpfad, der vom ersten Abschaltpfad unabhängig schaltbar ist.

Befindet sich der erste Schalter 16 im„Aus"-Zustand, der zweite Schalter 20 aber im„An"- Zustand, sind der erste Heizwiderstand 12 und der zweite Heizwiderstand 14 parallel geschaltet. Der erste Versorgungsknoten 32 ist über den zweiten Schalter 20, den Heizknoten 48, den zweiten Heizwiderstand 14 und über den zweiten Versorgungsknoten 42 mit der zweiten Versorgungsleitung 40 stromleitend verbunden. Ferner ergibt sich über den zweiten Versorgungszweig 36, den zweiten Schalter 20, den Heizknoten 48, den Heizwi- derstand 12 in der Heizleitung 38 und den Schalter 16 eine dazu parallele stromleitende Verbindung der ersten Versorgungsleitung 30 mit der zweiten Versorgungsleitung 40. Denn der Schalter 16 verbindet im„Aus"-Zustand die Heizleitung 38 mit dem dritten Versorgungszweig 44 der zweiten Versorgungsleitung 40. Somit können der erste Heizwiderstand 12 und der zweite Heizwiderstand 14 parallel betrieben und nach Maßgabe der Pulsweitenmodulationseinrichtung 52, die über die Steuerleitung 54 angesteuert wird, mit Heizstrom versorgt werden.

Befindet sich der erste Schalter 16 im„An"-Zustand und der zweite Schalter 20 im„Aus"- Zustand, ergibt sich über die erste Versorgungsleitung 30, den ersten Versorgungszweig 34, den„An" geschalteten Schalter 16, die Heizleitung 38 mit dem ersten Heizwiderstand 12 über den Heizknoten 48, den vierten Versorgungszweig 46 mit dem zweiten Heizwidertand 14 und den zweiten Versorgungsknoten 42 eine leitende Verbindung zwischen dem ersten Pol 26 der Spannungsversorgung mit dem zweiten Pol 28 der Spannungsversorgung. Somit werden der erste Heizwiderstand 12 und der zweite Heizwiderstand 14 seriell mit Heizstrom versorgt und in einer Serienschaltung betrieben.

Befindet sich der erste Schalter 16 und der zweite Schalter 20 jeweils im„An"-Zustand, ergibt sich von der ersten Versorgungsleitung 30 über den ersten Versorgungsknoten 32, den zweiten Versorgungszweig 36, den zweiten Schalter 20, die Relaisleitung 50, den Heizknoten 48, den vierten Versorgungszweig 46 mit dem zweiten Heizwiderstand 14 und den zweiten Versorgungsknoten 42 eine Verbindung zur zweiten Versorgungsleitung 40. Somit kann der zweite Heizwiderstand 14 mit Strom versorgt werden. Der erste Heizwiderstand 12 in der Heizleitung 38 ist sowohl über den zweiten Schalter 20 und den zweiten Versorgungszweig 36 als auch über den ersten Schalter 16 und den ersten Versorgungszweig 34 an den ersten Versorgungsknoten 32 angeschlossen, so dass über dem ersten Heizwiderstand 12 kein Spannungsabfall vorliegt. Daher wird in diesem Fall abhängig von der Ansteuerung der Pulsweitenmodulationseinrichtung 52 nur der zweite Heizwiderstand 14 mit Strom versorgt und damit zum Heizen betrieben.

In diesem Beispiel ergeben sich geringe Schaltverluste, da lediglich die Pulsweitenmodu- lationseinrichtung 52 als Halbleiterstrecke ausgebildet ist, die eine nennenswerte Schaltlast erfordert. Die Schalter 16, 20 können als Relais im Wesentlichen lastfrei umgeschaltet werden. Darüber hinaus kann die Schalteinrichtung derart ausgelegt sein, dass sich die Relais bei defekter Steuerung, etwa dann, wenn die Relais stromlos werden, jeweils im „Aus"-Zustand befinden, wodurch die Heizwiderstände automatisch von der Versorgungs- Spannung getrennt sind.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Heizung 100 mit einer Quasi-Vollbrücke. Die elektrische Heizung 100 weist eine mit einem ersten Pol 102 einer Spannungsversorgung verbundene erste Versorgungsleitung 104 auf. An einem ersten Versorgungsknoten 106 verzweigt die erste Versorgungsleitung 102 in einen ersten Versorgungszweig 108 und in einen zweiten Versorgungszweig 1 10. Der erste Versorgungszweig 108 ist an einen hochseitigen ersten Schalttransistor 1 12 angeschlossen. Eine erste Heizleitung 114 verbindet den als IGB-Transistor ausgelegten hochseitigen ersten Schalttransistor 1 12 mit einem Heizknoten 1 16. Insbesondere können der Eingang (Kollektor) des ersten Schal- transistors 112 an den ersten Versorgungszweig 108 und der Ausgang (Emitter) an die erste Heizleitung 114 angeschlossen sein. An den Heizknoten 1 16 sind hintereinander ein erster Heizwiderstand 1 18 und ein Eingang (Kollektor) eines ersten Pulsweitenmodulators 120 angeschlossen. Dieser niederseitige Pulsweitenmodulator 120 ist als IGB-Transistor ausgelegt. Der zweite Versorgungszweig 1 10 ist an den Eingang eines hochseitigen zwei- ten Schalttransistors 122 angeschlossen, der ebenfalls als IGB-Transistor ausgebildet ist. Der Ausgang des zweiten Schalttransistors 122 ist über eine Leitung 124 mit dem Eingang eines zweiten Pulsweitenmodulators 126 verbunden. In der Leitung 124 zwischen dem zweiten Schalttransistor 122 und dem zweiten Pulsweitenmodulator 126 ist ein zweiter Heizknoten 128 vorgesehen. Vom zweiten Heizknoten 128 zweigt eine Heizleitung 130 ab, in die ein zweiter Heizwiderstand 132 geschaltet ist. Die Heizleitung 130 ist derart an den ersten Heizknoten 114 angeschlossen, dass der zweite Heizwiderstand 132 zwischen dem ersten Heizknoten 114 und dem zweiten Heizknoten 128 geschaltet ist. Die Ausgänge des ersten Pulsweitenmodulators 120 und des zweiten Pulsweitenmodulators 126 sind über Leitungen an einen gemeinsamen Ausgangsknoten 134 angeschlossen. Der Ausgangsknoten 134 wiederum ist mit einem zweiten Pol 136 der Spannungsversorgung ver- bunden. Somit sind die Ausgänge der Pulsweitenmodulatoren 120, 126 an den zweiten Pol 136 der Spannungsversorgung angeschlossen. Eine erste Schaltleitung 138 ist an den Steuereingang (Gate) des ersten Schalttransistors 112 angeschlossen, um diesen anzusteuern. Auf ähnliche Weise ist eine zweite Schaltleitung 140 an den Steuereingang des zweiten Schalttransistors 122 angeschlossen, um diesen anzusteuern. Über die Schaltlei- tungen 138, 140 können entsprechende Schaltsignale an die Schalttransistoren 1 12, 122 gegeben werden, um einen Stromdurchfluss von dem ersten Pol 102 der Spannungsversorgung über die Ein- und Ausgänge der Schalttransistoren 1 12, 122 zu ermöglichen. Eine erste Steuerleitung 142 ist an den Steuereingang des niederseitigen ersten Pulsweitenmodulators 120 angeschlossen. Nach Maßgabe eines pulsweitenmodulierten Signals kann über die erste Steuerleitung 142 der erste Pulsweitenmodulator 120 an- beziehungsweise ausgeschaltet werden. Eine zweite Steuerleitung 144 ist an den zweiten Pulsweitenmodulator 126 angeschlossen. Ähnlich wie der erste Pulsweitenmodulator 120 kann der zweite Pulsweitenmodulator 126 nach Maßgabe eines auf die zweite Steuerleitung 144 gelegten Signals an- oder ausgeschaltet werden. Der erste Pulsweitenmodulator 120 und der zweite Pulsweitenmodulator 126 sind separat und unabhängig voneinander ansteuerbar. Sie können als Elemente einer Pulsweitenmodulationseinrichtung angesehen werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der erste Pulsweitenmodulator 120 und der zweite Pulsweitenmodulator 126 durch um 180°-phasenverschobene pulsweiten- modulierte rechteckförmige Signale angesteuert werden, wie dies in Figur 2 durch die Wellenformen der Signale angedeutet ist. Dadurch ergibt sich insgesamt ein verringerter Rippeistrom, wodurch das Bordnetz eine stabilere Strom- beziehungsweise Spannungsversorgung bereitstellt. Befinden sich beide Pulsweitenmodulationseinrichtungen 120, 126 nicht im„An"-Zustand, so kann zwischen dem ersten Pol 102 der Spannungsversorgung und dem zweiten Pol 136 der Spannungsversorgung kein Strom fließen. Somit ergibt sich ein erster Abschaltpfad durch die unabhängig schaltbaren Pulsweitenmodulatoren 120, 126. Insbesondere ist bei Ausfall der Steuersignale für die Pulsweitenmodulatoren sichergestellt, dass die Heizung nicht betrieben wird. Ähnlich wie im Zusammenhang mit der Figur 1 erwähnt, sind die Schaltleitungen 138, 140 und die Steuerleitungen 142, 144 mit Ausgängen einer nicht näher bezeichneten Steuereinrichtung verbunden, welche es ver- mag, Schaltsignale oder Pulssteuersignale auf die Schaltleitungen 138, 140 oder die Steuerleitungen 142, 144 zu legen. Die Steuereinrichtung steuert die Schalteinrichtung und/oder die Pulsweitenmodulationseinrichtung basierend auf einem Spannungswert der über die Pole 102, 136 bereitgestellten Versorgungsspannung und/oder einer geforderten Heizleistung der elektrischen Heizung an. Dazu gibt sie über ihre Ausgänge entsprechende Schaltsignale und/oder Steuersignale aus. In diesem Beispiel können die Schalttransis- toren 112, 122 als Elemente einer Schalteinrichtung angesehen werden. Der Heizwiderstand 1 18 entspricht einer ersten Widerstandsheizeinrichtung und der Heizwiderstand 132 einer zweiten Widerstandsheizeinrichtung.

Befindet sich der hochseitige erste Schalttransistor 112 im„Aus"-Zustand und der hochsei- tige zweite Schalttransistor 122 befindet sich im„An"-Zustand, ist zweckmäßigerweise nur die erste Pulsweitenmodulationseinrichtung 120 „An" geschaltet. Dann ergibt sich ein Stromfluss vom ersten Pol 102 der Spannungsversorgung über den zweiten Versorgungszweig 1 10, den ersten Schalttransistor 122, den zweiten Heizknoten 128, die Heizleitung 130 mit dem zweiten Heizwiderstand 132, den ersten Heizknoten 1 14, den ersten Heizwi- derstand 118 und den ersten Pulsweitenmodulator 120 zum Ausgangsknoten 134. Wenn der zweite Pulsweitenmodulator 126 in diesem Fall nicht angesteuert ist und im "Aus"- Zustand verbleibt, in welchem er keinen Strom leitet, sind der erste Heizwiderstand 1 18 und der zweite Heizwiderstand 132 bezüglich des Leitungspfades über den ersten Pulsweitenmodulator 120 in Serie geschaltet. Somit kann nach Maßgabe des an den ersten Pulsweitenmodulator 120 angelegten Steuersignals ein Heizstrom über die seriell geschalteten Heizwiderstände 1 18, 132 fließen. In diesem Zustand sollte ein Kurzschluss zwischen dem zweiten Schalttransistor 122 und dem zweiten Pulsweitenmodulator 126 vermieden werden, etwa indem die Steuereinrichtung den zweiten Pulsweitenmodulator 126 nicht in den„An"-Zustand versetzt.

In dem Fall, dass der erste Schalttransistor 1 12 in einen„An"-Zustand geschaltet ist und der zweite Schalttransistor 122 in den„Aus"-Zustand, ergeben sich je nach Ansteuerung der Pulsweitenmodulatoren 120, 126 verschiedene mögliche Strompfade. Wrd nur der erste Pulsweitenmodulator 120 durch ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal angesteuert, und der zweite Pulsweitenmodulator 126 bleibt ausgeschaltet, ergibt sich ein Strompfad vom ersten Pol 102 über die erste Versorgungsleitung 104, den ersten Versorgungsknoten 106, den ersten Schalttransistor 1 12, den ersten Heizknoten 1 14, den ersten Heizwiderstand 118 über den ersten Pulsweitenmodulator 120 zum Ausgangsknoten 134 und somit zum zweiten Pol 136 der Spannungsversorgung. Somit trägt nur der erste Heizwiderstand 1 18 zur Erwärmung bei. In dem Fall, dass die erste Pulsweitenmodulationseinrichtung 120 nicht angesteuert wird, aber dafür die zweite Pulsweitenmodulationseinrichtung 126, ergibt sich ein Leitungspfad, in dem nur der zweite Heizwiderstand 132 von Strom durchflössen wird, nicht aber der erste Heizwiderstand 1 18. Werden beide Pulsweitenmodulationsein- richtungen 120, 126 in einen„An"-Zustand gesteuert, werden der erste Heizwiderstand 118 und der zweite Heizwiderstand 132 im Wesentlichen parallel durchströmt. Eine Paral- lelschaltung der Heizwiderstände 1 18, 132 ergibt sich streng genommen allerdings nur für einen Fall, in dem die beiden Pulsweitenmodulationseinrichtungen 120, 126 gleichzeitig in einen„An"-Zustand geschaltet sind. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn die Signale zur Pulsweitenmodulierung der Pulsweitenmodulationseinrichtungen 120, 126 gleichphasig sind, oder eine hundertprozentige Pulsweitenmodulation vorliegt, in welcher sich ein Puls über eine vollständige Pulsperiode erstreckt. Für eine phasenverschobene Ans- teuerung können der erste Heizwiderstand 1 18 und der zweite Heizwiderstand 132 abwechselnd von Strom durchflössen sein, wenn nämlich einer der Pulsweitenmodulatoren 120, 126 sich gerade durch ein pulsweitenmoduliertes Signal in einem„An"-Zustand befindet, und der andere Pulsweitenmodulator 126 sich in einem „Aus"-Zustand befindet. Dementsprechend liegt während solcher Zeiten keine Parallelschaltung im engeren Sinne vor.

Für das in Figur 2 gezeigte Beispiel ergibt sich durch die Möglichkeit, den ersten Schalttransistor 1 12 und den zweiten Schalttransistor 122 gleichzeitig in einen„Aus"-Zustand zu schalten, ein separater zweiter Abschaltpfad, der zum ersten Abschaltpfad redundant ist und unabhängig von diesem geschaltet werden kann. Werden beide Schalttransistoren 112 und 122 in den„An"-Zustand geschaltet, können sich abhängig von der Ansteuerung der Transistoren unterschiedliche Strompfade ergeben. Auch in diesem Fall sollte ein Kurzschluss zwischen dem Schalttransistor 122 und dem Pulsweitenmodulator 126 ver- mieden werden, etwa durch geeignete Ansteuerung durch die Steuereinrichtung. Es kann insbesondere generell vorgesehen sein, dass ein gleichzeitiger„An"-Zustand des zweiten Schalttransistors 122 und des zweiten Pulsweitenmodulators 126 durch die Steuereinrichtung vermieden oder untersagt wird. Wrd der zweite Pulsweitenmodulator 126 im„Aus"- Zustand belassen, ergibt sich ein bevorzugter Strompfad über den ersten Heizwiderstand 118, der den Heizprozess dominiert.

Da der erste Schalttransistor 1 12 und der erste Pulsweitenmodulator 120 im Gegensatz zum zweiten Schalttransistor 122 und dem zweiten Pulsweitenmodulator 126 nicht direkt miteinander verbunden sind, sondern der Heizwiderstand 118 dazwischen geschaltet ist, kann die in der Figur 2 gezeigte Schaltung als Quasi-Vollbrücke bezeichnet werden. Sie kann als reine Halbleiterlösung kompakt hergestellt werden. Es kann vorgesehen sein, die vier Halbleiter-Schalter, also beispielsweise den ersten Schalttransistor 112, den zweiten Schalttransistor 122 und den ersten und zweiten Pulsweitenmodulator 120, 126 als Brückenmodul zu realisieren. In diesem Beispiel werden die Transistoren als IGB- Transistoren realisiert. Es ist jedoch möglich, jegliche geeignete Art von Transistoren zu verwenden.

Figur 3 zeigt eine Darstellung einer möglichen Pulsstromaufnahme bei unterschiedlichen Heizwiderstandswerten einer Schaltung. Es wird ein von der Spannungsversorgung bereitgestellter Heizstrom mit Stromstärke I in Ampere A in Abhängigkeit von der Zeit t in Millisekunden ms gezeigt. U bezeichnet die angelegte Heizspannung, P die Heizleistung, Rlast den Gesamtheizwiderstand und PWM das Maß der Pulsweitenmodulation. Für die gezeigten Kurven I, II und III beträgt die Leistungsaufnahme der Heizung jeweils 1562 Watt. Dies entspricht der geforderten Heizleistung der Heizung. Allgemein lässt sich die Heizleistungsaufnahme P der Heizung darstellen als:

P= ff² x R = (lamp x (vt)^1/2)² x R = l_amp ² X Vt X R, wobei R den Gesamtwiderstand bezeichnet, l_eff die effektive, durch die Pulsmodulation modifizierte Stromstärke des Heizstroms, l_amp die maximale Stromstärke des Heizstroms und vt den Tastgrad der Pulsweitenmodulation, also das Verhältnis der Zeit, in der während einer Pulsperiode ein Heizstrom fließt, zur Dauer der Pulsperiode. Somit entsprechen die höchsten Stromstärkewerte einer Kurve in Figur 3 jeweils l_amp. In diesem Beispiel werden Heizströme mit rechteckiger Wellenform erzeugt. Bei der Heizung kann es sich um eine der in Figur 1 oder Figur 2 gezeigten Heizungen handeln. Der erste Heizwiderstand und der zweite Heizwiderstand wurden jeweils mit einem Widerstand von etwa 20 Ohm ausgelegt. Für eine Parallelschaltung der Heizwiderstände ergibt sich somit eine Gesamtlast von etwa Rlast=10 Ohm. Für eine Schaltung mit Einzellast, bei der nur ein Heizwiderstand mit Heizstrom versorgt wird, ergibt sich ein Heizwiderstandswert von etwa Rlast=20 Ohm. Bei Serienschaltung der Heizwiderstände beträgt der Heizwiderstandswert etwa Rlast=40 Ohm. Für alle 3 Kurven wurde von einer Versorgungsspannung von U=250 V ausgegangen.

Die erste Kurve I entspricht dem ersten Heizmodus, also einer Serienschaltung der Heiz- widerstände, was dem Fall in Figur 1 entspricht, in dem der erste Schalter 16 angeschaltet und der zweite Schalter 20 ausgeschaltet ist, oder dem Fall in Figur 2, in dem der erste Schalttransistor 112 ausgeschaltet und der zweite Schalttransistor 122 angeschaltet ist. In diesem Fall kann für die vorgegebene Leistung von P=1562 W eine Pulsweitenmodulation von 100% erreicht werden, so dass sich ein im Wesentlichen konstanter Strom ergibt. Die Stromstärke I des Heizstroms beträgt 6,25 A.

Wird in einem dritten Heizmodus nur einer der Heizwiderstände verwendet, was dem Fall in Figur 1 entspricht, in dem der erste Schalter 16 und der zweite Schalter 20 angeschaltet sind, oder dem Fall in Figur 2, in dem bei entsprechender Ansteuerung der Pulsweitenmo- dulationseinrichtung der erste Schalttransistor 112 angeschaltet und der zweite Schalt- transistor 122 ausgeschaltet ist, beträgt der Gesamtheizwiderstand Rlast=20 Ohm. Die Pulsweitenmodulation beträgt 50 %, wodurch sich das in Kurve II zu erkennende periodisch gepulste Signal ergibt. Die während eines Pulses durch den ausgewählten Heizwiderstand strömende Stromstärke beträgt gemäß der obigen Formel 12,5 A. Für die dritte Kurve III wird vom zweiten Heizmodus, also einer Parallelschaltung der Heizwiderstände ausgegangen. Entsprechend ergibt sich der niedrigste Gesamtheizwiderstand von 10 Ohm. Dies entspricht dem Fall in Figur 1 , in dem der erste Schalter 16 ausgeschaltet und der zweite Schalter 20 angeschaltet ist, oder dem Fall in Figur 2, in dem bei entsprechender Ansteuerung der Pulsweitenmodulationseinrichtung der erste Schalttransistor 1 12 angeschaltet und der zweite Schalttransistor 122 ausgeschaltet ist. Die Pulsweitenmodulation beträgt lediglich 25 %, woraus sich eine nochmals erhöhte Stromstärke von 25,0 A ergibt.

Aus der Figur 3 ist ersichtlich, dass bei einer geforderten Heizleistung von P=1562 W eine Serienschaltung der Heizwiderstände wünschenswert ist. Denn somit lässt sich eine niedrige Stromstärke bei einem stabilen Signal (hoher Tastgrad) verwenden, wodurch sich Schaltbelastungen und Rippeistromeffekte am geringsten Auswirken. Gleichzeitig lässt sich in diesem Fall die Heizleistung präziser steuern als für die Kurven II und III, da die volle Breite der Pulsweitenmodulation ausgenutzt werden kann. Insbesondere ist zu be- rücksichtigen, dass sich eine Pulsweitenmodulation in der Regel ohne großen und kostenintensiven Aufwand nur auf etwa 1 % genau steuern lässt. Sollte also eine niedrigere Heizleistung als 1562W gefordert sein, kann für die Kurve I eine genauere Heizleistungssteuerung erfolgen als für die Kurven II und III. Sollte eine höhere Heizleistung verlangt werden, kann diese offensichtlich nicht durch Herunterfahren der Pulsweitenmodulation erreicht werden. Somit muss für eine höhere Heizleistung die Heizung derart geschaltet werden, dass die Heizwiderstände nicht mehr seriell geschaltet sind, also die Kurve I verlassen wird. Für geforderte Heizleistungen von bis zu etwa 3000 W wird vorzugsweise auf die Kurve II gewechselt, also nur einer der Heizwiderstände angesteuert. Für Heizleistungen über etwa 3000 W bis zu einer in diesem Fall vorgesehenen Maximalleistung von etwa 6000 W wird vorzugsweise die Parallelschaltung der Heizwiderstände im ersten Heizmo- dus verwendet, also auf Kurve III gewechselt.

Figur 4 zeigt schematisch eine elektrische Heizung 200. Die elektrische Heizung weist eine erste Widerstandsheizeinrichtung 202, eine zweite Widerstandsheizeinrichtung 204 und eine dritte Wderstandsheizeinrichtung 206 auf. In diesem Beispiel können die Wider- Standsheizeinrichtungen 202, 204 und 206 jeweils einen einzelnen Heizwiderstand aufweisen. Die Heizwiderstandswerte der einzelnen Widerstände können sich voneinander unterscheiden oder gleichartig ausgebildet sein. Ein erster Pol 208 einer Spannungsversorgung ist an einen ersten Schalter 210 angeschlossen. Ein weiterer Anschluss des ersten Schalters 210 ist mit einem ersten Verbindungknoten 212 verbunden. Vom ersten Verbindungsknoten 212 zweigt eine Heizleitung ab, in welcher die dritte Wderstandsheizeinrichtung 206 angeordnet ist. Die dritte Widerstandsheizeinrichtung 206 ist ferner an einen zweiten Verbindungsknoten 214 angeschlossen. Vom zweiten Verbindungsknoten 214 zweigt eine Schaltleitung ab, in welcher ein zweiter Schalter 216 angeordnet ist. Der zweite Schalter 216 ist an einen dritten Verbindungsknoten 218 angeschlossen. Über eine weitere Abzweigung ist der dritte Verbindungsknoten 218 an die erste Wderstandsheizeinrichtung 202 angeschlossen, die ferner mit einem vierten Verbindungsknoten 220 verbunden ist, so dass die erste Widerstandsheizeinrichtung 202 zwischen den Verbindungsknoten 218 und 220 angeordnet ist. Über eine Abzweigung ist der vierte Verbindungsknoten 220 über die zweite Widerstandsheizeinrichtung 204 an den zweiten Verbindungskno- ten 214 angeschlossen. Über eine weitere Abzweigung ist der vierte Verbindungsknoten 220 an einen Anschluss eines dritten Schalters 222 angeschlossen. Ein weiterer Anschluss des Schalters 222 ist mit dem ersten Verbindungsknoten 212 verbunden. Der dritte Verbindungsknoten 218 ist ferner mit einem Anschluss eines vierten Schalters 224 verbunden. Ein weiterer Anschluss des vierten Schalters 224 ist an einen zweiten Pol 226 der Spannungsversorgung angeschlossen. Somit ergibt sich ein erster Schaltpfad, über den der erste Pol 208 der Spannungsversorgung über den Schalter 210, die dritte Widerstandsheizeinrichtung 206, den zweiten Schalter 216 und den vierten Schalter 224 mit dem zweiten Pol 226 der Spannungsversorgung je nach Stellung der Schalter verbunden oder verbindbar ist. Die erwähnten Komponenten des ersten Schaltpfads sind zueinander in Serie geschaltet oder schaltbar. Ein zweiter Schaltpfad zwischen dem ersten Pol 208 der Spannungsversorgung und dem zweiten Pol 226 der Spannungsversorgung verläuft über den ersten Schalter 210, den dritten Schalter 222, die erste Widerstandsheizeinrichtung 202 und den vierten Schalter 224, die in diesem Pfad ebenfalls in Serie geschaltet oder schaltbar sind. Jeder der Schalter 210, 216, 222, 224 kann als Relaisschalter oder als geeigneter Transistor ausgebildet sein. Die Schalter 210, 216, 222 und 224 können als Komponenten einer Schalteinrichtung angesehen werden. In diesem Beispiel ist vorgesehen, dass der vierte Schalter 224 als Schutzschalter ausgebildet ist, der beispielsweise dann, wenn ein zu großer Strom zu fließen droht, die Verbindung zum zweiten Pol 226 und somit den Stromfluss unterbricht. Der erste Schalter 210, der zweite Schalter 216 und der dritte Schalter 222 sind in dieser Variante als pulsweitenmodulierte Transistorschalter ausgebildet. Die Ansteuerung zur Schaltung oder Pulsweitenmodulierung dieser Schalter wird durch einen Mikrocontroller beziehungsweise durch eine Steuereinrichtung gesteuert, die nicht dargestellt ist. Die Steuereinrichtung steuert die Schalter 210, 216 und 222 basierend auf einer angelegten Versorgungsspannung zwischen den Polen 208 und 226 und einer gewünschten Heizleistung an. Sind der erste Schalter 210 und/oder der vierte Schal- ter 224„Aus" geschaltet, ist die Heizung ebenfalls ausgeschaltet, da kein Strom zwischen dem ersten Pol 208 und dem zweiten Pol 226 der Spannungsversorgung fließen kann. Somit können der erste Schalter 210 und der vierte Schalter 224 als Hauptschalter angesehen werden. Sind der erste Schalter 210 und der vierte Schalter 224„An" geschaltet, kann grundsätzlich Strom fließen. Werden in diesem Zustand der zweite Schalter 216 und der dritte Schalter 222„Aus" geschaltet, sind die erste Widerstandsheizeinrichtung 202, die zweite Widerstandsheizeinrichtung 204 und die dritte Wderstandsheizeinrichtung 206 in Serie geschaltet und bieten einen hohen Gesamtwiderstand. Dies entspricht dem oben erwähnten ersten Heizmodus. Sind der zweite Schalter 216 und der dritte Schalter 222 beide„An" geschaltet, sind die erste Widerstandsheizeinrichtung 202, die zweite Wider- Standsheizeinrichtung 204 und die dritte Wderstandsheizeinrichtung 206 parallel zueinander geschaltet, was dem zweiten Heizmodus entspricht. Ist der dritte Schalter 222 "Aus" geschaltet, aber der zweite Schalter 216 "An" geschaltet, wird der oben erwähnten erste Schaltpfad freigeschaltet, so dass allein die dritte Wderstandsheizeinrichtung 206 in einem Heizbetrieb betrieben wird. Diese Schaltstellung entspricht dem oben erwähnten vier- ten Heizmodus. In diesem Zustand werden die erste Widerstandsheizeinrichtung 202 und die zweite Widerstandsheizeinrichtung 204 nicht bestromt. Ist der zweite Schalter 216 „Aus" geschaltet, aber der dritte Schalter 222„An" geschaltet, ergibt sich im Wesentlichen der oben erwähnten zweiten Schaltpfad, bei dem die zweite Widerstandsheizeinrichtung 204 und die dritte Wderstandsheizeinrichtung 206 umgangen werden. In diesem Modus wird die erste Wderstandsheizeinrichtung 202 allein in einem Heizbetrieb betrieben. Diese Schaltstellung entspricht dem dritten Heizmodus. In diesem Beispiel ist die zweite Wider- Standsheizeinrichtung nicht einzeln für einen Heizbetrieb betreibbar. Die in der Figur 4 gezeigte Anordnung hat den Vorteil, dass in der Schaltung kein Schaltzustand mit einem Kurzschluss unter Umgehung aller Widerstandsheizeinrichtungen vorkommt. Darüber hinaus ist zu Vergleich in denen Figur 1 und 2 gezeigten Anordnungen bei der Verwendung gleichwertiger Widerstände für die Widerstandsheizeinrichtungen ein höherer Gesamtwiderstand möglich, wodurch sich eine Belastung der Schalter, insbesondere des ersten Schalters, verringern lässt. Dies kann insbesondere die Lebensdauer von Schalttransistoren deutlich verlängern und ermöglicht den Einsatz kleiner, billigerer Transistoren. Beispielhaft kann angenommen werden, dass die erste Widerstandsheizeinrichtung 202 einen Heizwiderstandswert von 20 Ohm, die zweite Wderstandsheizeinrichtung 204 einen Heizwiderstandswert von 60 Ohm und die dritte Widerstandsheizeinrichtung einen Heizwiderstandswert von 30 Ohm aufweist. Für den Fall, dass die Versorgungsspannung 550 Volt beträgt, können als Beispiel folgende Betriebszustände eingenommen werden:

Dabei bezeichnet P die gesamte Heizleistung der Heizung in Watt, welche der geforderten Heizleistung entspricht, P202, P204 und P206 bezeichnen jeweils die bei den Wder- standsheizeinrichtungen 202, 204 und 206 umgesetzten Heizleistungen in Watt und PWM210, PWM222 und PWM216 jeweils das Maß der an den Schaltern 210, 222 und 216 angesteuerten Pulsweitenmodulation in Prozent. Somit wird die Pulsweitenmodulation über den Anteil an einer Zeiteinheit parametrisiert, in welchem der betreffende Schalter „An" geschaltet ist. Bei dieser relativ hohen Versorgungsspannung kann es zweckmäßig sein, eine Parallelschaltung der Widerstandsheizeinrichtungen 202, 204 und 206 zu ver- meiden, um die durch die Schalter fließenden Ströme und die dort umgesetzte Leistung zu begrenzen. Entsprechende zeigt die Tabelle für die Versorgungsspannung von 550 Volt im Wesentlichen einen Betrieb im ersten Heizmodus, wenn die Wderstandsheizeinrich- tungen seriell geschaltet sind. Es versteht sich, dass allgemein durch Pulsweitenmodulation der Schalter über längere Zeitintervalle eine Vermischung von Heizbetriebsmodi auftre- ten kann. Für eine Versorgungsspannung von 325 Volt können entsprechend beispielsweise folgende Betriebszustände eingenommen werden:

Dabei ist für eine Gesamtleistung P von 6000W im Wesentlichen ein Parallelbetrieb im zweiten Heizmodus vorgesehen. Für eine Gesamtleistung P von 2400W wird die Heizung im Wesentlichen in einer Serienschaltung im ersten Heizmodus betrieben.

Figur 5 zeigt eine Variante der in Figur 4 gezeigten Heizung 200. Bei dieser Variante ist eine zusätzlich Heizeinrichtung 228 vorgesehen, die zwischen einem fünften Verbindungsknoten 230 und einem sechsten Verbindungsknoten 232 angeschlossen ist. Der fünfte Verbindungsknoten 230 ist zwischen dem ersten Schalter 210 und dem ersten Verbindungsknoten 212 vorgesehen, während der sechste Verbindungsknoten 232 zwischen dem dritten Verbindungsknoten 218 und dem vierten Schalter 224 vorgesehen ist. Da- durch ergibt sich eine Parallelschaltung der Heizeinrichtung 228 zu der Anordnung der Widerstandsheizeinrichtungen 202, 204 und 206. Dabei wird die Heizeinrichtung 228 in jedem Fall für einen Heizbetrieb bestromt, wenn der erste Schalter 210 und der vierte Schalter 224„An" geschaltet sind. Die Heizeinrichtung 228 kann eine Widerstandsheizeinrichtung sein. Es ist allerdings auch vorstellbar, dass die Heizeinrichtung 228 als PTC- Heizelement mit nichtlinearer Kennlinie ausgebildet ist, dass sich bei Erreichen einer bestimmten Temperatur den Heizstrom selbstständig zu begrenzen vermag.

Figur 6 stellt schematisch eine weitere Variante der in Figur 4 gezeigten Heizung dar. Wie in Figur 5 gezeigt, kann in dieser Variante eine parallel angeordnete zusätzliche Heizein- richtung vorgesehen sein (nicht dargestellt). In diesem Beispiel sind die erste Widerstandsheizeinrichtung 202 und die dritte Wderstandsheizeinrichtung 206 als Parallelschaltung von Einzelwiderständen umgesetzt. Jeder der in dieser Figur 6 gezeigten Wderstän- de hat den gleichen Heizwiderstandswert. Dennoch unterscheiden sich durch die unterschiedliche parallele Anordnung der Wderstände die Heizwiderstandswerte der ersten Widerstandsheizeinrichtung 202, der zweiten Widerstandsheizeinrichtung 204 und der dritten Widerstandsheizeinrichtung 206 voneinander. Wie zu erkennen ist, setzt sich die erste Widerstandsheizeinrichtung 202 aus einer Parallelschaltung von zwei zueinander parallel angeordneten Widerständen zusammen. Die zweite Widerstandsheizeinrichtung 204 weist lediglich einen Heizwiderstand auf. Die dritte Widerstandsheizeinrichtung 206 umfasst drei zueinander parallel angeordnete Heizwiderstände. So kann auf einfache Art und Weise eine asymmetrische Anordnung der Widerstandsheizeinrichtungen 202, 204, 206 erfolgen, was eine große Flexibilität für den bei einem Heizbetrieb in verschiedenen Heizmodi bereitgestellten Gesamtwiderstand ermöglicht.

Figur 7 zeigt eine weitere Variante der in Figuren 4 und 6 gezeigten Heizung 200. In diesem Beispiel sind die erste Wderstandsheizeinrichtung 202, die zweite Widerstandsheiz- einrichtung 204 und die dritte Widerstandsheizeinrichtung 206 jeweils als Parallelschaltung von zwei Widerständen ausgebildet. Herbei können die Heizwiderstandswerte der einzelnen Wderstände identisch sein oder sich voneinander unterscheiden.

Figur 8 zeigt eine Variante der in Figuren 4 bis 7 gezeigten Heizung 200, bei der eine vier- te Widerstandsheizeinrichtung 240 und eine fünfte Wderstandsheizeinrichtung 242 vorgesehen sind. Basierend auf der in Figur 4 gezeigten Anordnung ist zwischen dem vierten Verbindungsknoten 220 und der zweiten Wderstandsheizeinrichtung 204 ein siebter Verbindungsknoten 244 vorgesehen, an den ein Anschluss der zweiten Widerstandsheizeinrichtung 204 angeschlossen ist. Der siebte Verbindungsknoten 244 ist über die vierte Wi- derstandsheizeinrichtung 240 mit einem achten Verbindungsknoten 246 verbunden. Über die fünfte Widerstandsheizeinrichtung 242 ist der achte Verbindungsknoten 246 mit dem vierten Verbindungsknoten 220 verbunden. Vom siebten Verbindungsknoten 244 erstreckt sich eine weitere Abzweigung bis zu einem Anschluss eines fünften Schalters 248, der einen weiteren Anschluss aufweist, der mit einem neunten Verbindungsknoten 250 ver- bunden ist. Vom neunten Verbindungsknoten 250 erstreckt sich eine Verbindung zum ersten Verbindungsknoten 212. Insbesondere ist der neunte Verbindungsknoten 250 zwischen dem ersten Verbindungsknoten 212 und dem dritten Schalter 222 angeschlossen. Vom achten Verbindungsknoten 246 verläuft eine Verbindung zu einem zehnten Verbindungsknoten 252, der zwischen dem dritten Verbindungsknoten 218 und der ersten Wi- derstandsheizeinrichtung 202 vorgesehen ist. Sind nur der erste und der zweite Schalter „An" geschaltet, ergibt sich eine serielle Verbindung des ersten Pols 208 und des zweiten Pols 226 der Spannungsversorgung über die dritte Wderstandsheizeinrichtung 206, die zweite Widerstandsheizeinrichtung 204 und die vierte Wderstandsheizeinrichtung 240. Dieser Zustand entspricht dem ersten Heizmodus, wobei die Wderstandsheizeinrichtung 240 hier die Rolle der ersten Wderstandsheizeinrichtung übernimmt, wie sie mit Bezug auf Figur 4 beschreiben ist. Unter der Voraussetzung, dass der erste Schalter 210 und der vierte Schalter 224 im„An"-Zustand sind, ergeben sich je nach Schaltzustand der weiteren Schalter 216, 222, 248 eine Vielzahl von verschieden Schaltmöglichkeiten. Gemäß der in Figur 8 gezeigten Anordnung lässt sich durch das Verwenden von fünf Widerstandsheizeinrichtungen eine große Vielzahl von Schaltzuständen und Gesamtwiderstanden bereits- teilen. Dadurch ergibt sich eine besonders große Flexibilität bei der Wahl der zu verwendenden Heizmodi. Auch der Schalter 248 kann pulsweitenmoduliert durch eine Steuereinrichtung beziehungsweise einen Mikrocontroller ansteuerbar sein. Allgemein kann bei den hierin gezeigten Heizungen 200 bei geeigneter Schaltstrategie für den zweiten Schalter 216 und/oder den dritten Schalter 222 und/oder den fünften Schalter 248 unter Umstan- den darauf verzichtet werden, den ersten Schalter 210 pulsweitenmoduliert anzusteuern, so dass dieser als einfacher„An7„Aus"-Schalter ausgebildet sein kann, ohne die Flexibilität des Heizbetriebs einzuschränken.

Figur 9 zeigt eine weitere Variante der in Figur 8 gezeigten Heizung 200. In dieser Varian- te ist analog zur in Figur 5 gezeigten Variante eine weitere Heizeinrichtung 228 vorgesehen, die an einen fünften Verbindungsknoten 230 angeschlossen ist, der zwischen dem ersten Schalter 210 und dem ersten Verbindungsknoten 212 angeordnet ist. Die Heizeinrichtung 228 ist zwischen dem fünften Verbindungsknoten 230 und einem sechsten Verbindungsknoten 232 angeschlossen, der zwischen dem vierten Schalter 224 und dem drit- ten Verbindungsknoten 218 angeschlossen ist. Dann, wenn die Schalter 210 und 224„An" geschaltet sind, wird die Heizungseinrichtung 228 parallel zur Anordnung der Wder- standsheizeinrichtungen bestromt. Ferner ist in diesem Beispiel im Gegensatz zu Figur 8 ein sechster Schalter 254 zwischen dem Verbindungsknoten 246 und dem zehnten Verbindungsknoten 252 vorgesehen. Dadurch ergeben sich zusätzliche Schaltmöglichkeiten und zusätzliche Heizmodi für den Betrieb der Heizung 200.

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

10 Heizung

12 erster Heizwiderstand

14 zweiter Heizwiderstand

16 erster Schalter

17 Spule

18 erste Schaltleitung

19 Schaltknoten

20 zweiter Schalter

21 Spule

22 zweite Schaltleitung

24 Pol der Schaltspannungsversorgung

26 Pol

28 Pol

30 erste Versorgungsleitung

32 erster Versorgungsknoten

34 erster Versorgungszweig

36 zweiter Versorgungszweig

38 Heizleitung

40 zweite Versorgungsleitung

42 zweiter Versorgungsknoten

44 dritter Versorgungszweig

46 vierter Versorgungszweig

48 Heizknoten

50 Relaisleitung

52 Pulsweitenmodulationseinrichtung

54 Steuerleitung

100 elektrische Heizung

102 Pol

104 erste Versorgungsleitung

106 Versorgungsknoten 108 erster Versorgungszweig

110 zweiter Versorgungszweig

112 erster Schalttransistor

114 Heizleitung

116 erster Heizknoten

118 erster Heizwiderstand

120 erster Pulsweitenmodulator

122 zweiter Schalttransistor

124 Leitung

126 zweiter Pulsweitenmodulator

128 zweiter Heizknoten

130 Heizleitung

132 zweiter Heizwiderstand

134 Ausgangsknoten

136 Pol

138 erste Schaltleitung

140 zweite Schaltleitung

142 erste Steuerleitung

144 zweite Steuerleitung

200 Heizung

202 erste Widerstandsheizeinrichtung

204 zweite Widerstandsheizeinrichtung

206 dritte Widerstandsheizeinrichtung

208 erster Pol

210 erster Schalter

212 erster Verbindungsknoten

214 zweiter Verbindungsknoten

216 zweiter Schalter

218 dritter Verbindungsknoten

220 vierter Verbindungsknoten

222 dritter Schalter

224 vierter Schalter

226 zweiter Pol

228 zusätzliche Heizeinrichtung 230 fünfter Verbindungsknoten

232 sechster Verbindungsknoten

240 vierte Widerstandsheizeinrichtung

242 fünfte Wderstandsheizeinrichtung

244 siebter Verbindungsknoten

246 achter Verbindungsknoten

248 fünfter Schalter

250 neunter Verbindungsknoten

252 zehnter Verbindungsknoten

Claims

Ansprüche

1. Elektrische Heizung (200), mit:

mindestens einer ersten Widerstandsheizeinrichtung (202), einer zweiten Widerstandsheizeinrichtung (204) und einer dritten Wderstandsheizeinrichtung (206),

sowie mindestens einer Schalteinrichtung (210, 216, 222, 224);

wobei die Schalteinrichtung (210, 216, 222, 224) dazu ausgebildet ist, für einen Heizbetrieb die erste Widerstandsheizeinrichtung (202), die zweite Wderstandsheizeinrichtung (204) und die dritte Widerstandsheizeinrichtung (206) wahlweise zwischen einem ersten Heizmodus, in welchem die erste Wderstandsheizeinrichtung (202), die zweite Widerstandsheizeinrichtung (204) und die dritte Widerstandsheizeinrichtung (206) elektrisch seriell zueinander geschaltet sind, und einem zweiten Heizmodus umzuschalten, in wel- ehern mindestens zwei der ersten Wderstandsheizeinrichtung (202), der zweiten Widerstandsheizeinrichtung (204) und der dritten Wderstandsheizeinrichtung (206) elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.

2. Elektrische Heizung nach Anspruch 1 , wobei die Schalteinrichtung (210, 216, 222, 224) dazu ausgebildet ist, in dem zweiten Heizmodus die erste Widerstandheizeinrichtung

(202), die zweite Widerstandsheizeinrichtung (204) und die dritte Wderstandsheizeinrichtung (206) parallel zueinander zu schalten.

3. Elektrische Heizung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schalteinrichtung (210, 216, 222, 224) dazu ausgebildet ist, für einen Heizbetrieb in einem dritten Heizmodus eine der ersten, zweiten und dritten Wderstandsheizeinrichtungen (202, 204, 206) unter Umgehung der anderen der ersten, zweiten und dritten Widerstandsheizeinrichtungen (202, 204, 206) mit einer Spannungsversorgung (208, 226) zu verbinden.

4. Elektrische Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (210, 216, 222, 224) dazu ausgebildet ist, in verschiedenen Heizmodi jeweils eine der ersten, zweiten und dritten Widerstandsheizeinrichtungen (202, 204, 206) unter Umgehung der anderen dieser Wderstandsheizeinrichtungen (202, 204, 206) für einen Heizbetrieb mit einer Spannungsversorgung (208, 226) zu verbinden

5. Elektrische Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (210, 216, 222, 224) einen ersten Schalter (210) aufweist, der mit einem ersten Pol (208) einer Spannungsversorgung verbunden oder verbindbar ist, und der über die dritte Wderstandsheizeinrichtung (206) und einen zweiten Schalter (216) unter Umgehung der ersten Widerstandsheizeinrichtung (202) und der zweiten Widerstandsheizein- richtung (204) mit einem zweiten Pol (226) der Spannungsversorgung elektrisch verbindbar ist.

6. Elektrische Heizung nach Anspruch 5, wobei die Schalteinrichtung (210, 216, 222, 224) einen dritten Schalter (222) aufweist, über den die erste Widerstandsheizeinrichtung (202) unter Umgehung der zweiten Wderstandsheizeinrichtung (204) und der dritten Widerstandsheizeinrichtung (206) mit dem ersten Schalter (210) und dem zweiten Pol (226) der Spannungsversorgung elektrisch verbindbar ist.

7. Elektrische Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (210, 216, 222, 224) als eine Relaisschaltung ausgebildet ist.

8. Elektrische Heizung nach Anspruch 5, wobei der erste Schalter (210) pulsweiten- moduliert betreibbar ist.

9. Elektrische Heizung nach Anspruch 6 oder 8, wobei der zweite Schalter (216) und/oder der dritte Schalter (222) pulsweitenmoduliert betreibbar sind.

10. Elektrische Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Heiz- widerstandswert der ersten Wderstandsheizeinrichtung (202) sich von einem Heizwider- standswert der zweiten Wderstandsheizeinrichtung (204) und/oder einem Heizwider- standswert der dritten Wderstandsheizeinrichtung (206) unterscheidet.

1 1. Elektrische Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Heizung (200) eine Steuereinrichtung aufweist oder an eine Steuereinrichtung ange- schlössen oder anschließbar ist.

12. Elektrische Heizung nach Anspruch 1 1 , wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Schalteinrichtung (210, 216, 222, 224) basierend auf einem Spannungswert einer Versorgungsspannung und/oder einer geforderten Heizleistung der elektrischen Heizung (200) zu steuern.

13. Fahrzeug mit einer elektrischen Heizung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

14. Fahrzeug nach Anspruch 13, wobei das Fahrzeug ein Elektro-Fahrzeug ist.

15. Verfahren zum Steuern einer elektrischen Heizung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Schalteinrichtung (210, 216, 222, 224) für einen Heizbetrieb die erste Widerstandsheizeinrichtung (202), die zweite Widerstandsheizeinrichtung (204) und die dritte Wderstandsheizeinrichtung (206) wahlweise zwischen einem ersten Heizmodus, für welchen die erste Wderstandsheizeinrichtung (202), die zweite Wderstandsheizein- richtung (204) und die dritte Widerstandsheizeinrichtung (206) elektrisch seriell zueinander geschaltet werden, und einem zweiten Heizmodus umschaltet, für welchen zumindest zwei der ersten Wderstandsheizeinrichtung (202), der zweiten Widerstandsheizeinrichtung (204) und der dritten Widerstandsheizeinrichtung (206) elektrisch parallel zueinander geschaltet werden.