WO2018033391A1 - Heizsystem mit einer strahlungsheizeinrichtung für ein kraftfahrzeug und verfahren zum betreiben einer strahlungsheizeinrichtung - Google Patents

Heizsystem mit einer strahlungsheizeinrichtung für ein kraftfahrzeug und verfahren zum betreiben einer strahlungsheizeinrichtung Download PDF

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Peter Satzger
Philipp Hofmann
Patrick Oswald
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • H05B2203/032—Heaters specially adapted for heating by radiation heating

Definitions

  • the invention relates to heating systems for motor vehicles, especially with heaters that direct heat energy in the form of heat radiation to vehicle occupants. Furthermore, the present invention relates to measures for protection against burns in contact with such a heater.
  • radiation heaters such as infrared heaters
  • the radiant heating devices essentially have a heating surface, which is heated to a temperature between 40 and 150 ° C and is directed via the heat radiation to the vehicle occupants.
  • the radiant heaters In contrast to previously provided heating surfaces in motor vehicles, such. in vehicle seat heaters, in steering wheel heaters, and in armrest heaters where heat transfer to the vehicle occupants typically occurs through contact with the heating surface, the radiant heaters must have a significantly warmer heating surface to achieve effective warming for vehicle occupants.
  • a steering wheel with a sensor structure for detecting the presence of a heated contact surface is known.
  • the contact surface forms part of the outer layer of the steering wheel.
  • Sensordiestik provided in which at least one sensor electrode for occupancy detection and at least one heating wire are arranged.
  • a potential potential can be applied to a potential layer which is arranged between the sensor heating layer and a steering wheel skeleton.
  • a method for operating a radiant heater for a heating system of a motor vehicle comprising the following steps:
  • One idea of the above radiation heating is to provide it with a touch detection to trigger power reduction or shutdown of the radiant heater for the duration of the touch. This makes it possible to reduce the temperature of the heating surface of the heater so far that combustion can be avoided especially in a prolonged contact with a body part.
  • the heating power of the heating element is reduced when the contact with the body part is detected for more than a predetermined contact duration.
  • the heating element can be operated by the heating power is adjusted depending on a temperature control to a predetermined target heating temperature.
  • the heating power of the heating element can be reduced by, in the presence of a contact of the heating surface with a body part of the temperature control, a protection temperature is set, which is smaller than the target heating temperature.
  • the checking whether the contact of the heating surface is present with the body part is carried out by determining a change in capacitance of a conductor in the heating device, in particular a heating conductor in the heating element, to the environment.
  • Period are performed during which the head of the heater, in particular due to the temperature control or at a
  • a voltage may be applied to a connecting line of the heating element and a time to reach a predetermined
  • Connecting line of the heating element can be determined, wherein a contact with the body part by comparing the determined period of time with a
  • the heating element is operated again in accordance with the normal operations, when no contact with the body part
  • a heating system for a motor vehicle comprising:
  • a radiant heater having an electrically operable heating element for providing a heating temperature to a heating surface
  • a control unit comprising:
  • a safety unit which is designed to check whether there is a contact of the heating surface with a body part; and the power control for reducing the
  • the safety unit may be connected to the power electronics, so that a change in capacitance of a conductor in the heating device, in particular a heat conductor in the heating element, is detectable to the environment.
  • the power electronics can be designed to completely electrically disconnect an electrical connection to the heating element, in particular via electrical connecting lines, from the supply voltage, wherein the safety unit is designed to apply a voltage to one of the connecting lines of the heating element to determine the capacitance change determine a time to reach a predetermined detection voltage threshold on the or another connection line of the heating element, wherein a contact with the body part is determined by comparing the determined time period with a reference time period.
  • Figure 1 is a schematic representation of a heating system with a
  • FIG. 2 is a flowchart for illustrating a
  • Figure 1 shows a heating system 1 for use in a motor vehicle, which carries out a heating of a passenger compartment by means of a radiant heater 2.
  • the radiant heater 2 has a heating surface 21, which should be heated as possible to temperatures between 40 and 100 ° C to to heat the passenger compartment in particular by the emission of heat radiation.
  • the radiant heater 2 further comprises a heating element 22, which can be heated in the form of an electrically operable heating element by supplying electrical energy.
  • the heating element 22 may comprise a heating wire, a heating conductor or another resistive heating conductor to provide a corresponding heating power by applying electrical power.
  • a comfort layer 23 may be provided which prevents direct contact with the heating element 22 and ensures the most uniform possible heat distribution over the heating surface 21.
  • the material of the comfort layer is preferably electrically non-conductive.
  • a temperature sensor 24 which provides a temperature indication in the form of a suitable electrical variable.
  • the temperature indication indicatively indicates a temperature of the heating surface 21.
  • the temperature sensor 24 may for example be designed as an NTC or PTC resistor and specify the temperature indication in the form of an electrical resistance.
  • the radiant heater 2 is connected to a control unit 3.
  • the control unit 3 has a power electronics 31 which is connected to the heating element 22 via electrical connecting lines 5 in order to provide electrical power for converting into heating power in the heating element 22.
  • the power electronics 31 is coupled to an external power source V for this purpose.
  • the external energy source V may be in a motor vehicle, a board that provides a predetermined voltage such as 14 or 48 V, the power electronics 31 provides electrical power to the heating element 22 in a suitable manner.
  • the power electronics 31 may provide a predetermined power clocked to the heating element.
  • the power electronics 31 may comprise a converter or an inverter, in particular in the form of an H-bridge circuit or the like. In this case, preferably both electrical connection lines 5 are connected to the heating element 22.
  • a temperature control 32 which receives the temperature from the temperature sensor 24 and the power electronics 31 controls in a corresponding manner to provide a predetermined target heating temperature to the heating surface 21.
  • the temperature control 32 may have a control, e.g. in the form of a two-step control, under specification of the target heating temperature.
  • the set heating temperature to be set may be externally, e.g. via a suitable control element 4, e.g. a rotary knob, be specified by a user or be determined by a default of a climate control unit based on a set target temperature.
  • the supply of heating power can be done by a control of the power electronics 31 by means of a pulse width modulation, ie by alternately applying electrical power to the heating element 22 and off the heating element 22. It will be within a predetermined cycle time of, for example, a few seconds, eg between 10ms and ten seconds, according to a predetermined duty cycle, the heating element 22 is turned on for a predetermined period of time and turned off for the remainder of the cycle time. The duty cycle thus indicates the average heating power provided by the heating element 22.
  • a safety unit 33 is provided, which is electrically connected to the connecting lines 5 between the power electronics 31 and the heating element 26.
  • the safety unit 33 can thus use suitable methods to detect a change in the capacitance when the heating surface 21 approaches or contacts a body part and, depending thereon, instruct the control unit 32 to regulate the temperature of the heating surface 21 to a lower protective temperature.
  • the desired heating temperature provided by the operating element 4 is disregarded and instead the protective temperature is taken into account as a setpoint by the temperature control 32.
  • the touch detection can now be performed during the off times of the heating element 22, since the power electronics 31 disconnects both connecting lines to the heating element 22 from the supply source V.
  • the safety unit 33 can apply a potential, for example + 5 V, to the heating element 22 via one of the supply voltages and measure a time duration at the correspondingly different supply line 5 from which a specific detection voltage threshold that is dependent on the detection voltage is exceeded.
  • the course of the voltage across the other supply line 5 depends on the capacity of the heating element 22 to adjacent mass potentials or body parts.
  • Upon detection of a change in the measured time duration by comparison with a predetermined reference time period can be concluded that a change in the capacitive environment of the heater 2, as a Approximately or a touch is interpreted with a body part. If a deviation of the measured time duration from the reference time duration is determined, which corresponds to a reference capacity in an environment of the heating device 2 without the presence of body parts, it can thus be concluded that the heating surface 21 is touching. Then, the heating power is reduced by a default of a correspondingly prioritized protection temperature to the temperature control 32 accordingly. This then sets the reduced protection temperature by a correspondingly reduced heating power or a shutdown of the heating element 22 to.
  • FIG. 2 schematically shows a flowchart for illustrating the method according to the invention.
  • step S1 first a temperature control can be carried out, which is based on the specification of the desired heating temperature.
  • the heating element 22 is supplied with an average electrical power which corresponds to the heating power to be provided on the heating surface 22 in order to maintain the desired heating temperature.
  • the supply of heating power can be cyclic, e.g. with the aid of a pulse width modulation, wherein the heating power is effected by applying and disconnecting from the electrical supply source V by the power electronics 31.
  • only a fixed heating power can be provided by a cyclic control using a pulse width modulation.
  • the heating element 22 may be used for contactless contact measurement of the heating surface 22. This measurement is performed capacitively in step S2 within the turn-off times by applying a voltage to one of the connection lines 5 (terminals) of the heating element 22 and measuring the time duration between the time of application of the voltage and the time at which the connection line 5 or corresponding to other connecting line 5 of the heating element 22, the predetermined detection voltage threshold has been reached.
  • step S3 By comparing the measured time duration with a predetermined reference time duration in step S3, it can be recognized that in the surrounding area of the heating surface 21, a body part has approached or touched.
  • step S4 If it has been determined that the measured time duration is greater than the predetermined reference time period (alternative: yes), contact with the heating surface or contact of the heating surface with a body part is concluded and the method continues with step S4. Otherwise, it returns to step S1.
  • step S4 it can be checked whether a predetermined contact duration has elapsed since the first detection of a contact of the heating surface. If this is not the case, a return is made to step S1. Otherwise, the process proceeds to step S5.
  • step S5 the temperature control 32 may be instructed to supply the power electronics 31 with a reduced heating power, e.g. by controlling a reduced compared to the target heating temperature protection temperature or completely shut off the heating element 22.
  • step S1 the process returns to step S1, so that the operation of the temperature control 32 in the normal operation, i. taking into account the preset via the operating element 4 heating temperature, can be resumed.
  • the power electronics 31 may include a current measurement, which monitors whether the current flowing during the turn-on time within a predetermined setpoint current range for a given supply voltage is. If the measured heating current deviates from this, damage is caused and the power electronics 31 are switched off accordingly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Strahlungsheizeinrichtung für ein Heizsystem eines Kraftfahrzeugs, wobei die Strahlungsheizeinrichtung ein elektrisch betreibbares Heizelement zum Bereitstellen einer Heiztemperatur an einer Heizfläche aufweist, mit folgenden Schritten: - Betreiben des Heizelements zum Bereitstellen einer Heizleistung im Normalbetrieb, - Überprüfen, ob ein Kontakt der Heizfläche mit einem Körperteil vorliegt; - Reduzieren der Heizleistung des Heizelements, wenn der Kontakt mit dem Körperteil festgestellt wird.

Description

Beschreibung
Heizsvstem mit einer Strahlunqsheizeinrichtunq für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Strahlunqsheizeinrichtunq
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Heizsysteme für Kraftfahrzeuge, insbesondere mit Heizeinrichtungen, die Wärmeenergie in Form von Wärmestrahlung auf Fahrzeuginsassen richten. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zum Schutz vor Verbrennungen bei Kontakt mit einer solchen Heizeinrichtung.
Technischer Hintergrund
Neben herkömmlichen Gebläseheizsystemen in Kraftfahrzeugen können alternativ oder zusätzlich Strahlungsheizeinrichtungen, wie beispielsweise Infrarotstrahler, vorgesehen werden, die Wärmestrahlung emittieren und auf Fahrzeuginsassen richten. Die Strahlungsheizeinrichtungen weisen im Wesentlichen eine Heizfläche auf, die auf eine Temperatur zwischen 40 und 150°C erwärmt ist und über die Wärmestrahlung auf die Fahrzeuginsassen gerichtet wird.
Aus der Druckschrift DE 10 2013 2014 554 A1 ist beispielsweise ein Heizsystem mit Infrarotheizflächen bekannt, das zusätzlich zu dem konventionellen zentralen Heizsystem in dem Fahrzeug vorgesehen ist. Aus der DE 198 085 71 B4 ist eine Zusatzheizeinrichtung zu einer konventionellen Heiz- und Klimaanlage mit einem Infrarotstrahler vorgesehen, der im Fahrzeuginnenraum in Sinne eines dezentralen Heizsystems verbaut ist.
Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 10 2013 2014 548 A1 eine elektrische Heizeinrichtung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei der Infrarotstrahlen in den Fahrzeuginnenraum abgegeben wird.
Im Gegensatz zu bisher vorgesehenen Heizflächen in Kraftfahrzeugen, wie z.B. in Fahrzeugsitzheizungen, in Lenkradheizungen und in Armauflagenheizungen, bei denen die Wärmeübertragung auf die Fahrzeuginsassen in der Regel durch Kontakt mit der Heizfläche stattfindet, müssen die Strahlungsheizeinrichtungen eine deutlich wärmere Heizfläche aufweisen, um eine effektive Wärmungswirkung für Fahrzeuginsassen zu erreichen.
Dies birgt grundsätzlich die Gefahr, dass sich Fahrzeuginsassen bei längerem bzw. ausreichend langem Kontakt mit der Strahlungsheizeinrichtung verbrennen können, wenn die Heizfläche eine höhere Temperatur von beispielsweise über 43°C (siehe DIN 13732) aufweist.
Darüber hinaus kann eine länger andauernde Berührung einer Heizfläche selbst bei moderaten Heizflächentemperaturen zu Verbrennungen führen. Ein signifikanter Anteil von Personen weist eine eingeschränkte Temperaturempfindung bzw. eine Wärmesensibilitätsstörung auf, so dass die Betroffenen einen längeren Kontakt mit der Heizfläche daher nicht bzw. zu spät erkennen. Es ist daher wichtig, sicherzustellen, dass eine Schädigung von Fahrzeuginsassen bei einer Berührung von Heizflächen verhindert wird.
Aus der Druckschrift WO 2016/074953 ist ein Lenkrad mit einem Sensoraufbau zur Belegterkennung einer beheizten Kontaktfläche bekannt. Die Kontaktfläche bildet einen Teil der Außenschicht des Lenkrads. Weiterhin ist eine Sensorheizschicht vorgesehen, in der mindestens eine Sensorelektrode zur Belegterkennung und mindestens ein Heizdraht angeordnet sind. An eine Potenzialschicht, die zwischen der Sensorheizschicht und einem Lenkradskelett angeordnet ist, kann ein definiertes Potenzial angelegt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Heizsystem mit einer Strahlungsheizeinrichtung in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei denen ein Schutz eines Fahrzeuginsassen vor einer Verbrennung an einer Heizfläche der Strahlungsheizeinrichtung geschaffen ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Strahlungsheizeinrichtung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie durch das Heizsystem und das Verfahren zum Betreiben der Strahlungsheizeinrichtung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Strahlungsheizeinrichtung für ein Heizsystem eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei die Strahlungsheizeinrichtung ein elektrisch betreibbares Heizelement zum Bereitstellen einer Heiztemperatur an einer Heizfläche aufweist, mit folgenden Schritten:
- Betreiben des Heizelements zum Bereitstellen einer Heizleistung im Normalbetrieb,
- Überprüfen, ob ein Kontakt der Heizfläche mit einem Körperteil vorliegt;
- Reduzieren der Heizleistung des Heizelements, wenn der Kontakt mit dem Körperteil festgestellt wird. Eine Idee der obigen Strahlungsheizeinnchtung besteht darin, diese mit einer Berührungserkennung zu versehen, um eine Leistungsreduzierung oder ein Abschalten der Strahlungsheizeinrichtung für die Dauer der Berührung auszulösen. Dies ermöglicht es, die Temperatur der Heizfläche der Heizeinrichtung so weit zu reduzieren, dass eine Verbrennung insbesondere bei einem länger andauernden Kontakt mit einem Körperteil vermieden werden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass die Heizleistung des Heizelements reduziert wird, wenn der Kontakt mit dem Körperteil für mehr als eine vorgegebene Kontaktdauer festgestellt wird.
Weiterhin kann das Heizelement betrieben werden, indem die Heizleistung abhängig von einer Temperaturregelung auf eine vorgegebene Soll- Heiztemperatur eingestellt wird.
Weiterhin kann die Heizleistung des Heizelements reduziert werden, indem bei Vorliegen eines Kontaktes der Heizfläche mit einem Körperteil der Temperaturregelung eine Schutztemperatur vorgegeben wird, die kleiner ist als die Soll-Heiztemperatur.
Es kann vorgesehen sein, dass das Überprüfen, ob der Kontakt der Heizfläche mit dem Körperteil vorliegt, durchgeführt wird, indem eine Kapazitätsänderung eines Leiters in der Heizeinrichtung, insbesondere eines Heizleiters in dem Heizelement, zur Umgebung festgestellt wird.
Insbesondere kann das Feststellen der Kapazitätsänderung in einem
Zeitabschnitt durchgeführt werden, während dem der Leiter der Heizeinrichtung, insbesondere aufgrund der Temperaturregelung oder bei einer
pulsweitenmodulierten Ansteuerung, stromlos geschaltet ist. Gemäß einer Ausführungsform kann zum Feststellen der Kapazitätsänderung eine Spannung an einer Verbindungsleitung des Heizelements angelegt werden und eine Zeitdauer bis zum Erreichen eines vorgegebenen
Detektionsspannungsschwellenwerts an der oder einer anderen
Verbindungsleitung des Heizelements bestimmt werden, wobei ein Kontakt mit dem Körperteil durch Vergleichen der bestimmten Zeitdauer mit einer
Referenzzeitdauer festgestellt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass das Heizelement wieder entsprechend dem Normalbetriebe betrieben wird, wenn kein Kontakt mit dem Körperteil
festgestellt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Heizsystem für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:
- eine Strahlungsheizeinrichtung mit einem elektrisch betreibbaren Heizelement zum Bereitstellen einer Heiztemperatur an einer Heizfläche;
- eine Steuereinheit, die aufweist:
o eine Leistungselektronik zum Bereitstellen einer Heizleistung an das Heizelement,
o eine Sicherheitseinheit, die ausgebildet ist, um zu überprüfen, ob ein Kontakt der Heizfläche mit einem Körperteil vorliegt; und um die Leistungssteuerung zum Reduzieren der
Heizleistung des Heizelements anzusteuern, wenn der Kontakt mit dem Körperteil festgestellt wird.
Weiterhin kann die Sicherheitseinheit mit der Leistungselektronik verbunden sein, so dass eine Kapazitätsänderung eines Leiters in der Heizeinrichtung, insbesondere eines Heizleiters in dem Heizelement, zur Umgebung feststellbar ist. Gemäß einer Ausführungsform kann die Leistungselektronik ausgebildet sein, um eine elektrische Verbindung zu dem Heizelement, insbesondere über elektrische Verbindungsleitungen, vollständig elektrisch von der Versorgungsspannung zu trennen, wobei die Sicherheitseinheit ausgebildet ist, zum Feststellen der Kapazitätsänderung eine Spannung an eine der Verbindungsleitungen des Heizelements anzulegen und eine Zeitdauer bis zum Erreichen eines vorgegebenen Detektionsspannungsschwellenwerts an der oder einer anderen Verbindungsleitung des Heizelements zu bestimmen, wobei ein Kontakt mit dem Körperteil durch Vergleichen der bestimmten Zeitdauer mit einer Referenzzeitdauer festgestellt wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Heizsystem mit einer
Strahlungsheizeinrichtung; und
Figuren 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines
Verfahrens zum Betreiben einer Strahlungsheizeinrichtung.
Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt ein Heizsystem 1 zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, das eine Beheizung eines Fahrgastinnenraums mit Hilfe einer Strahlungsheizeinrichtung 2 vornimmt. Die Strahlungsheizeinrichtung 2 weist eine Heizfläche 21 auf, die möglichst auf Temperaturen zwischen 40 und 100°C aufgeheizt werden soll, um den Fahrgastinnenraum insbesondere durch die Abgabe von Wärmestrahlung zu erwärmen.
Die Strahlungsheizeinrichtung 2 umfasst weiterhin ein Heizelement 22, das in Form eines elektrisch betreibbaren Heizelements durch Zufuhr von elektrischer Energie aufgeheizt werden kann. Insbesondere kann das Heizelement 22 einen Heizdraht, einen Heizleiter oder einen sonstigen widerstandsbehafteten Heizleiter aufweisen, um durch Anlegen von elektrischer Leistung eine entsprechende Heizleistung bereitzustellen.
Zwischen dem Heizelement 22 und der Heizfläche 21 kann eine Komfortschicht 23 vorgesehen sein, die einen direkten Kontakt zu dem Heizelement 22 verhindert und eine möglichst gleichmäßige Wärmeverteilung über die Heizfläche 21 gewährleistet. Das Material der Komfortschicht ist vorzugsweise elektrisch nichtleitend.
In der Komfortschicht 23, insbesondere jedoch zwischen der Heizfläche 21 und dem Heizelement 22, ist ein Temperatursensor 24 vorgesehen, der eine Temperaturangabe in Form einer geeigneten elektrischen Größe bereitstellt. Die Temperaturangabe gibt indikativ eine Temperatur der Heizfläche 21 an. Der Temperatursensor 24 kann beispielsweise als ein NTC- oder PTC-Widerstand ausgeführt sein und die Temperaturangabe in Form eines elektrischen Widerstandes vorgeben.
Auf der der Heizfläche 21 gegenüberliegenden Seite des Heizelements 22 ist ein Dämmelement 25 vorgesehen, um den Wärmeeintrag auf der Heizfläche 21 gegenüberliegende Komponenten zu reduzieren. Weiterhin kann auf der der Heizfläche 21 angewandten Seite des Heizelements 22 eine Reflexionsschicht 26 vorgesehen sein, die Wärmestrahlung, die von dem Heizelement 22 abgegeben wird, in Richtung der Heizfläche 21 reflektiert. Die Strahlungsheizeinrichtung 2 ist mit einer Steuereinheit 3 verbunden. Die Steuereinheit 3 weist eine Leistungselektronik 31 auf, die mit dem Heizelement 22 über elektrische Verbindungsleitungen 5 verbunden ist, um elektrische Leistung zum Umwandeln in Heizleistung in dem Heizelement 22 zur Verfügung zu stellen. Die Leistungselektronik 31 ist dazu mit einer externen Energiequelle V gekoppelt. Die externe Energiequelle V kann in einem Kraftfahrzeug ein Bord netz sein, das eine vorgegebene Spannung wie z.B. von 14 bzw. 48 V bereitstellt, wobei die Leistungselektronik 31 elektrische Leistung in geeigneter Weise an das Heizelement 22 zur Verfügung stellt.
Die Leistungselektronik 31 kann eine vorgegebene Leistung getaktet dem Heizelement bereitstellen. Dazu kann die Leistungselektronik 31 einen Umrichter oder einen Wechselrichter aufweisen, insbesondere in Form einer H- Brückenschaltung oder dergleichen. Dabei werden vorzugsweise beide elektrischen Verbindungsleitungen 5 zu dem Heizelement 22 geschaltet.
Weiterhin ist eine Temperaturregelung 32 vorgesehen, die die Temperaturangabe von dem Temperatursensor 24 erhält und die Leistungselektronik 31 in entsprechender Weise ansteuert, um eine vorgegebene Soll-Heiztemperatur an der Heizfläche 21 bereitzustellen. Dazu kann die Temperaturregelung 32 eine Regelung, z.B. in Form einer Zweipunktregelung, unter Vorgabe der Soll-Heiztemperatur vornehmen. Die einzustellende Soll-Heiztemperatur kann extern z.B. über ein geeignetes Bedienelement 4, z.B. einen Dreh knöpf, durch einen Benutzer vorgegeben werden oder durch eine Vorgabe eines Klima-Steuergeräts anhand einer eingestellten Soll-Temperatur bestimmt werden.
Die Zufuhr von Heizleistung kann durch eine Ansteuerung der Leistungselektronik 31 mit Hilfe einer Pulsweitenmodulation erfolgen, d.h. durch wechselweises Anlegen elektrischer Leistung an das Heizelement 22 und Ausschalten des Heizelements 22. Dabei werden innerhalb einer vorgegebenen Zykluszeit von beispielsweise wenigen Sekunden, z.B. zwischen 10ms und zehn Sekunden, gemäß einem vorgegebenen Tastverhältnis das Heizelement 22 für eine vorgegebene Zeitdauer eingeschaltet und für den Rest der Zykluszeit abgeschaltet. Das Tastverhältnis gibt somit die durchschnittliche Heizleistung an, die von dem Heizelement 22 bereitgestellt wird.
Es ist eine Sicherheitseinheit 33 vorgesehen, die elektrisch mit den Verbindungsleitungen 5 zwischen der Leistungselektronik 31 und dem Heizelement 26 verbunden ist. Die Sicherheitseinheit 33 kann damit mithilfe geeigneter Verfahren eine Änderung der Kapazität bei Annäherung oder Berührung der Heizfläche 21 durch ein Körperteil detektieren und abhängig davon die Steuereinheit 32 anweisen, die Temperatur der Heizfläche 21 auf eine niedrigere Schutztemperatur zu regeln. Dabei wird, sobald die Sicherheitseinheit 33 eine Berührung der Heizfläche 21 durch einen Körperteil erkannt hat, die von dem Bedienelement 4 bereitgestellte Soll-Heiztemperatur nicht beachtet und stattdessen die Schutztemperatur als Sollvorgabe durch die Temperaturregelung 32 berücksichtigt werden.
Die Berührungserkennung kann nun während der Abschaltzeiten des Heizelements 22 vorgenommen werden, da die Leistungselektronik 31 beide Verbindungsleitungen zu dem Heizelement 22 von der Versorgungsquelle V abtrennt. Während einer Abschaltzeit kann die Sicherheitseinheit 33 über eine der Versorgungsspannungen ein Potenzial, beispielsweise +5V, an das Heizelement 22 anlegen und an der entsprechend anderen Versorgungsleitung 5 eine Zeitdauer messen, ab der ein bestimmtes, von der Detektionsspannung abhängiger Detektionsspannungsschwellenwert überschritten wird. Der Verlauf der Spannung an der anderen Versorgungsleitung 5 hängt von der Kapazität des Heizelements 22 zu benachbarten Massenpotenzialen bzw. Körperteilen ab.
Bei Feststellen einer Änderung der gemessenen Zeitdauer durch Vergleich mit einer vorgegebenen Referenzzeitdauer kann auf eine Veränderung der kapazitiven Umgebung der Heizeinrichtung 2 geschlossen werden, die als ein Annähern oder eine Berührung mit einem Körperteil interpretiert wird. Wenn eine Abweichung der gemessenen Zeitdauer von der Referenzzeitdauer festgestellt wird, die einer Referenzkapazität bei einer Umgebung der Heizeinrichtung 2 ohne das Vorhandensein von Körperteilen entspricht, kann somit auf eine Berührung der Heizfläche 21 geschlossen werden. Dann wird die Heizleistung durch eine Vorgabe einer entsprechend priorisierten Schutztemperatur an die Temperaturregelung 32 entsprechend reduziert. Diese setzt dann die reduzierte Schutztemperatur durch eine entsprechend verringerte Heizleistung oder eine Abschaltung des Heizelements 22 um.
In Figur 2 ist schematisch ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
In Schritt S1 kann zunächst eine Temperaturregelung durchgeführt werden, die auf der Vorgabe der Soll-Heiztemperatur basiert. Dadurch wird dem Heizelement 22 eine mittlere elektrische Leistung zugeführt, die der zum Aufrechterhalten der Soll-Heiztemperatur an der Heizfläche 22 bereitzustellenden Heizleistung entspricht. Die Zufuhr der Heizleistung kann zyklisch, z.B. mit Hilfe einer Pulsweitenmodulation, erfolgen, wobei die Heizleistung durch Anlegen und Trennen von der elektrischen Versorgungsquelle V durch die Leistungselektronik 31 erfolgt. Alternativ kann auch nur eine fest vorgegebene Heizleistung durch eine zyklische Ansteuerung mit Hilfe einer Pulsweitenmodulation bereitgestellt werden.
Da das Heizelement 22 während der Ausschaltzeiten vollständig von der Versorgungsquelle V getrennt ist, kann das Heizelement 22 für eine kontaktlose Berührungsmessung der Heizfläche 22 verwendet werden. Diese Messung erfolgt in Schritt S2 kapazitiv innerhalb der Ausschaltzeiten durch Anlegen einer Spannung an eine der Verbindungsleitungen 5 (Anschlüsse) des Heizelements 22 und Messen der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt des Anlegens der Spannung und dem Zeitpunkt, zu dem an der Verbindungsleitung 5 oder der entsprechend anderen Verbindungsleitung 5 des Heizelements 22 der vorgegebene Detektionsspannungsschwellenwert erreicht worden ist.
Durch Vergleichen der gemessenen Zeitdauer mit einer vorgegebenen Referenzzeitdauer in Schritt S3 kann erkannt werden, dass im Umgebungsbereich der Heizfläche 21 sich ein Körperteil angenähert oder diese berührt hat.
Wurde festgestellt, dass die gemessene Zeitdauer größer ist als die vorgegebene Referenzzeitdauer (Alternative: Ja), so wird auf eine Berührung der Heizfläche bzw. einen Kontakt der Heizfläche mit einem Körperteil geschlossen und das Verfahren mit Schritt S4 fortgesetzt. Andernfalls wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
In Schritt S4 kann überprüft werden, ob seit ersten Feststellen einer Berührung der Heizfläche eine vorbestimmte Kontaktdauer verstrichen ist. Ist dies nicht der Fall so wird zu Schritt S1 rückgesprungen. Andernfalls wird das Verfahren mit Schritt S5 fortgesetzt.
In Schritt S5 kann die Temperaturregelung 32 so angewiesen werden, die Leistungselektronik 31 mit einer verminderten Heizleistung z.B. durch Vorgabe einer gegenüber der Soll-Heiztemperatur verringerten Schutztemperatur anzusteuern oder das Heizelement 22 vollständig abzuschalten.
Andernfalls, d.h. wenn die für die Berührungsmessung erfasste Zeitdauer geringer ist als die Referenzzeit, wird zu Schritt S1 zurückgesprungen, so dass das Betreiben der Temperaturregelung 32 im Normalbetrieb, d.h. unter Berücksichtigung der über das Bedienelement 4 vorgegebenen Soll- Heiztemperatur, wieder aufgenommen werden kann.
Weiterhin kann die Leistungselektronik 31 eine Strommessung enthalten, die überwacht, ob der während der Einschaltzeiten fließende Strom innerhalb eines vorgegebenen Sollstrombereichs für eine vorgegebene Versorgungsspannung liegt. Weicht der gemessene Heizstrom davon ab, so wird auf eine Beschädigung geschlossen und die Leistungselektronik 31 entsprechend abgeschaltet.
^ ^
Bezugszeichenliste
Heizsystem
Strahlungsheizeinrichtung
Heizfläche
Heizelement
Komfortschicht
Temperatursensor
Dämmelement
Reflexionsschicht
Steuereinheit
Leistungselektronik
Temperaturregelung
Sicherheitseinheit
Bedienelement
elektrische Verbindungsleitungen
Versorgungsquelle

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Strahlungsheizeinrichtung (2) für ein Heizsystem (1 ) eines Kraftfahrzeugs, wobei die Strahlungsheizeinrichtung (2) ein elektrisch betreibbares Heizelement (22) zum Bereitstellen einer Heiztemperatur an einer Heizfläche (21 ) aufweist, mit folgenden Schritten:
- Betreiben des Heizelements (22) zum Bereitstellen einer Heizleistung im Normalbetrieb,
- Überprüfen, ob ein Kontakt der Heizfläche (21 ) mit einem Körperteil vorliegt;
- Reduzieren der Heizleistung des Heizelements (22), wenn der Kontakt mit dem Körperteil festgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Heizleistung des Heizelements (22) reduziert wird, wenn der Kontakt mit dem Körperteil für mehr als eine vorgegebene Kontaktdauer festgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Heizelement (22) betrieben wird, indem die Heizleistung abhängig von einer Temperaturregelung auf eine vorgegebene Soll-Heiztemperatur eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die der Heizleistung des Heizelements (22) reduziert wird, indem bei Vorliegen eines Kontaktes der Heizfläche (21 ) mit einem Körperteil der Temperaturregelung eine Schutztemperatur vorgegeben wird, die kleiner ist als die Soll- Heiztemperatur.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Überprüfen, ob der Kontakt der Heizfläche (21 ) mit dem Körperteil vorliegt, durchgeführt wird, indem eine Kapazitätsänderung eines Leiters in der Strahlungsheizeinrichtung (2), insbesondere eines Heizleiters in dem Heizelement (22), zur Umgebung festgestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zum Feststellen der
Kapazitätsänderung in einem Zeitabschnitt durchgeführt wird, während dem der Leiter der Heizeinrichtung (2), insbesondere aufgrund der Temperaturregelung oder bei einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung, stromlos geschaltet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei zum Feststellen der
Kapazitätsänderung eine Spannung an einer Verbindungsleitung des Heizelements (22) angelegt wird und eine Zeitdauer bis zum Erreichen einer vorgegebenen Detektionsspannungsschwellenwert an der oder einem anderen Verbindungsleitung (5) des Heizelements (22) bestimmt wird, wobei ein Kontakt mit dem Körperteil durch Vergleichen der bestimmten Zeitdauer mit einer Referenzzeitdauer festgestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Heizelement (22) wieder
entsprechend dem Normalbetrieb betrieben wird, wenn kein Kontakt mit dem Körperteil festgestellt wird.
9. Heizsystem (1 ) für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
- eine Strahlungsheizeinrichtung (2) mit einem elektrisch betreibbaren Heizelement (22) zum Bereitstellen einer Heiztemperatur an einer Heizfläche (21 );
- eine Steuereinheit (3), die aufweist: o eine Leistungselektronik (31 ) zum Bereitstellen einer Heizleistung an das Heizelement (22),
o eine Sicherheitseinheit (33), die ausgebildet ist, um zu überprüfen, ob ein Kontakt der Heizfläche (21 ) mit einem Körperteil vorliegt; und um die Leistungssteuerung zum Reduzieren der Heizleistung des Heizelements (22) anzusteuern, wenn der Kontakt mit dem Körperteil festgestellt wird.
10. Heizsystem (1 ) nach Anspruch 9, wobei die Sicherheitseinheit (33) mit der Leistungselektronik (31 ) verbunden ist, so dass eine Kapazitätsänderung eines Leiters in der Strahlungsheizeinrichtung (2), insbesondere eines Heizleiters in dem Heizelement (22), zur Umgebung feststellbar ist.
1 1 . Heizsystem (1 ) nach Anspruch 10, wobei die Leistungselektronik (31 ) ausgebildet ist, um eine elektrische Verbindung zu dem Heizelement (22), insbesondere über elektrische Verbindungsleitungen (5), vollständig elektrisch zu trennen, wobei die Sicherheitseinheit (31 ) ausgebildet ist, um zum Feststellen der Kapazitätsänderung eine Spannung an eine Verbindungsleitung (5) des Heizelements (22) anzulegen und eine Zeitdauer bis zum Erreichen einer vorgegebenen Detektionsspannungsschwellenwert an der oder einer anderen Verbindungsleitung (5) des Heizelements (22) zu bestimmen, wobei ein Kontakt mit dem Körperteil durch Vergleichen der bestimmten Zeitdauer mit einer Referenzzeitdauer festgestellt wird.
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