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WO2018033392A1 - Elektrische heizeinrichtung für kraftfahrzeuge - Google Patents

Elektrische heizeinrichtung für kraftfahrzeuge Download PDF

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Publication number
WO2018033392A1
WO2018033392A1 PCT/EP2017/069532 EP2017069532W WO2018033392A1 WO 2018033392 A1 WO2018033392 A1 WO 2018033392A1 EP 2017069532 W EP2017069532 W EP 2017069532W WO 2018033392 A1 WO2018033392 A1 WO 2018033392A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature
heating
heating surface
indication
difference
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/069532
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Satzger
Philipp Hofmann
Patrick Oswald
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority to CN201780046155.0A priority Critical patent/CN109476207B/zh
Publication of WO2018033392A1 publication Critical patent/WO2018033392A1/de
Priority to US16/276,784 priority patent/US11787265B2/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
    • B60H1/2218—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters controlling the operation of electric heaters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
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    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
    • B60H1/2227—Electric heaters incorporated in vehicle trim components, e.g. panels or linings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D13/00—Electric heating systems
    • F24D13/02—Electric heating systems solely using resistance heating, e.g. underfloor heating
    • F24D13/022—Electric heating systems solely using resistance heating, e.g. underfloor heating resistances incorporated in construction elements
    • F24D13/024—Electric heating systems solely using resistance heating, e.g. underfloor heating resistances incorporated in construction elements in walls, floors, ceilings
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the invention relates to heating devices for motor vehicles, in particular electrically operated heating surfaces intended to heat the occupants of a motor vehicle via heat radiation.
  • the heating of the passenger compartment is not only about the heating of incoming air into the passenger compartment, but also on flat heating devices.
  • the heaters represent heatable surfaces that are intended to warm passengers in the vehicle interior via direct contact with a body part of a vehicle occupant.
  • such heaters may be disposed on grip surfaces of the steering wheel, in vehicle seats, in armrest surfaces, and the like.
  • heating devices can be provided as radiation heaters.
  • Radiant heaters also have heating surfaces as heated surfaces, which at surface temperatures of eg between 40 and 50 ° C lead to a noticeable heat radiation for the vehicle occupants and thus increase the heating comfort.
  • a temperature sensor is usually provided, with the aid of which, in conjunction with a suitable temperature control, the temperature can be kept constant or it can be ensured that the temperature does not exceed a predetermined temperature threshold.
  • the temperature sensor can detect the temperature of the heating device selectively or averaged over a surface area.
  • the heating surface of a radiant heater is designed for surface delivery of heat radiation. It adjusts a temperature of the heating surface, which corresponds to a balance between power and heat output.
  • this may be partially covered, for example, if bags are stored on or on a part of the heating surface. In operation of the heater, this may cause the covered part of the heating surface of the heater to be heated significantly opposite the uncovered parts of the heating surface, since the heat dissipation from the covered part of the heating surface is less than over the uncovered part of the heating surface.
  • this temperature increase can not be detected, so that the control does not cause a reduction in heating power and it may cause damage to the covering object, such as a piece of luggage, or damage to the heater due to the increase in temperature .
  • the control does not cause a reduction in heating power and it may cause damage to the covering object, such as a piece of luggage, or damage to the heater due to the increase in temperature .
  • the temperature average value over the entire heating surface is generally determined so that, depending on the proportion of the covered part of the heating surface, the local temperature increase due to the averaging of the temperature of the heating surface is only detected as a lower temperature increase and therefore for a complete temperature increase Adjustment of the temperature in the covered area is not sufficient.
  • a method for operating a heating and / or cooling unit is known from EP 2,177,857 B1, which can be switched with different power levels. For example, a second power stage is switched when a vehicle door is unlocked or opened.
  • a radiant heater for providing radiant heat to a passenger cabin of a motor vehicle, comprising:
  • a heating element for providing heating power
  • a first temperature sensor for selectively detecting a first temperature and for providing a corresponding first temperature indication
  • a second temperature sensor for area detection of a second temperature and for providing a corresponding second temperature indication.
  • An idea of the above heater is to provide temperature control of the heating surface using a first temperature sensor that selectively measures a first temperature on a heating surface of the heater, and a second temperature sensor that measures a second temperature of the heating surface, i. provides a representative value for a mean temperature of the heating surface or a temperature value resulting from the temperature distribution over the entire heating surface.
  • a heating system for heating a passenger compartment of a motor vehicle comprising:
  • a difference between the measured first and second temperatures can be determined by the controller and, depending on the determined difference, a partial blockage of the heating surface, ie, a covered partial surface of the heating surface.
  • a blocking of a relatively small proportion of the heating surface can be detected. If a Teiiverblockung the heating surface is detected, the supply of heating power can be reduced accordingly, in particular so that there can be no critical increase in temperature in covered areas of the heating surface.
  • the second temperature value detected by the second temperature sensor increases. If the first temperature sensor is not covered during partial coverage of the heating surface, the measured first temperature value remains essentially unchanged. The difference between the temperature values changes, and with the aid of a threshold comparison, the case of such partial coverage can be reliably detected.
  • the first temperature sensor is covered during a partial coverage of the heating surface, the first temperature value increases accordingly, while the second temperature value increases slightly due to the averaging. Accordingly, there is also a difference between the first and second temperature values. By means of a further threshold comparison, the temperature difference, which now has a different sign from the previous case, can be reliably detected.
  • the heating surface can be protected from a critical increase in temperature by a corresponding reduction of the heating power to a predetermined value. Also, by specifying a range of values in which the difference of Temperature values may be, the heating power are controlled so that in the covered part of a critical temperature value is not exceeded.
  • the heating element may be formed by means of a heating wire to provide a uniform heating power over the entire heating surface when electrical power is supplied.
  • the heating element may be used as a heating mat, e.g. be formed of carbon fibers, with Banklack or with heating ink.
  • the first temperature sensor for measuring the first temperature is e.g. centrally of the heating surface, in particular in a central region, which is remote from the edge of the heating surface by more than 10% of the extent of the heating surface, and in particular is designed as an NTC resistor or PTC resistor.
  • the second temperature sensor for measuring the second temperature may be arranged in particular flat between the heating element and the heating surface in order to provide the second temperature indication in accordance with a distribution of local heating surface temperatures, in particular as the mean value of the heating surface temperatures.
  • the second temperature sensor may be provided as a resistance wire distributed in the heating surface, e.g. runs in serpentine lines.
  • the heating element can serve as a second temperature sensor for measuring the second temperature in order to provide the second temperature indication in accordance with a distribution of local heating surface temperatures, in particular as an average of the heating surface temperatures depending on an electrical resistance of the heating element.
  • the first and / or the second temperature sensor may be configured to be the first and the second Specify temperature as an electrical resistance, an electrical voltage, an electrical current or any other electrical variable.
  • the controller may be configured to determine the difference temperature indication as the difference between the first and second temperature indications.
  • the predetermined threshold amount may be a value between e.g. 2 ° K and 10 ° K have.
  • the controller may be configured to perform a temperature control of the heating surface to control the temperature of the heating surface to a predetermined target temperature when the amount of difference temperature indication falls below the predetermined threshold amount.
  • controller may be configured to perform in the protection mode, a temperature control of the heating surface to control the temperature of the heating surface 21 to a target temperature which is lower than the predetermined set temperature for the normal mode.
  • a method for operating a radiant heater with a heating surface comprising the following steps:
  • a difference temperature indication as a difference between the first and second temperature indications; and - Controlling the radiant heater in a protective mode with a reduced heating power when an amount of the difference temperature indication a predetermined threshold amount.
  • Figure 1 is a schematic representation of a heating system with a
  • Radiant heater having a first temperature sensor and a second temperature sensor
  • FIG. 2 shows a flowchart for illustrating a method for operating a radiation heating device.
  • the radiant heater 2 is designed as an infrared surface radiator and has a heating surface 21 which can be heated by means of a heating element 22.
  • the heating element 22 can comprise, for example, an electric heating unit with a heating wire (not shown) extending flat or in loops, in order to uniformly provide a heating power over the entire heating surface 21 when electric power is supplied.
  • a first temperature sensor 23 is provided, which measures a temperature of the heating surface 21 at a certain measuring point.
  • the first temperature sensor 23 provides, according to the measured temperature, a first temperature indication which represents a first temperature and can indicate, for example, an electrical resistance or another electrical variable.
  • the first temperature sensor may be formed as a heat-sensitive resistor, such as in the form of an NTC or PTC.
  • the second temperature sensor 24 is provided which allows a surface temperature sensing.
  • the second temperature sensor may extend substantially over the entire area of the heating surface 21, in particular between the heating surface 21 and the heating element 22, and provide a second temperature indication representing a second temperature and may indicate, for example, an electrical resistance or other electrical variable ,
  • the second temperature indication can result from the temperature distribution over the heating surface 21 from the local temperatures of the heating surface 21.
  • the second temperature sensor 24 may provide an average of the temperature distribution of the heating surface 21.
  • the second temperature sensor 24 may be formed by means of a heat-sensitive resistance wire which is laid in loops over the surface area of the heating surface 21.
  • the controller 3 serves to supply an electric power to the heating element 22 in order to produce a corresponding heating effect with a heating power corresponding to the electric power.
  • the supply of heating power can be clocked (by cyclic switching between two power levels, usually between maximum power and no power) or variable.
  • the controller 3 is connected to the first and second temperature sensors 23, 24 in order to detect the first and second temperature indications provided by the latter.
  • the controller 3 can carry out a temperature control of the heating surface by varying the heating power supplied to the heating element 22 as a function of a temperature value detected by one of the two temperature sensors 23, 24 in order to regulate the temperature of the heating surface 21 to a predetermined desired temperature.
  • a corresponding setpoint temperature indication can be specified by setting a manually operable control element or by a higher-level heating control.
  • the setpoint temperature can be compared with the first temperature when using the first temperature sensor 23 or with the second temperature when using the second temperature sensor 24 for the temperature control and depending on a measure of falling below the set temperature by the corresponding first or second temperature information increases the heating power and upon reaching or exceeding the setpoint temperature by the first or second temperature indication, the heating power can be reduced accordingly.
  • the controller 3 can use the first and second temperature indications provided by the temperature sensors 23, 24 to detect partial coverage of the heating surface 21 by an object. Partial coverage may result in a local temperature increase that can damage the covering article or radiant heater 2.
  • step S1 the first and second temperature indications are detected by the temperature sensors 23, 24.
  • step S2 a difference or a deviation, for example in the form of a difference, is formed between the first and second temperature indications in order to obtain a difference temperature indication.
  • step S3 it is checked whether an amount of the difference temperature indication is higher than a predetermined threshold amount. If exceeding the predetermined threshold amount is detected (alternative: Yes), the method is continued with step S4, otherwise in step S5, the normal mode described above is taken and jumped back to step S1. For example, a cover of the partial surface can be detected if a temperature deviation between the first and second temperature represented by the first and second temperature data of more than a predetermined value of between 2 ° K to 10 ° K is detected.
  • step S4 Upon detection of a difference in temperature determined by the deviation between the difference temperature indication determined by the first and second temperature indications, a protection mode is adopted in step S4. Subsequently, the process continues with step 1. In the normal mode, the control of the temperature of the heating surface as described above.
  • the heating power supplied to the heating element 22 is to be reduced so that a critical temperature increase in covered partial areas can not occur.
  • the control can be deactivated and the heating element 22 supplied heating power can be set to a predetermined reduced heating power, in which a critical temperature increase can be excluded in the covered partial area, or the supply of heating power are completely interrupted.
  • control can be continued under the specification of a reduced setpoint temperature, in which even in covered partial areas no critical increase in temperature can result.
  • a setpoint temperature indication can indicate a temperature of 45 °
  • a setpoint temperature indication of a setpoint temperature of 35 ° is specified.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strahlungs-Heizeinrichtung zum Bereitstellen von Strahlungswärme in einen Fahrgastinnenraum eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Heizfläche (2) zur Abgabe von Wärmestrahlung; ein Heizelement (22) zum Bereitstellen von Heizleistung; ein erster Temperatursensor (23) zur punktuellen Erfassung einer ersten Temperatur und zum Bereitstellen einer entsprechenden ersten Temperaturangabe und ein zweiter Temperatursensor (24) zur flächigen Erfassung einer zweiten Temperatur und zum Bereitstellen einer entsprechenden zweiten Temperaturangabe. Zur Erkennung einer lokalen Überhitzung der Heizfläche wird ein Unterschied der beiden Temperaturangaben ermittelt. Nachfolgend wird im Fehlerfall eine Schutzbetriebsart ausgewählt.

Description

Beschreibung Elektrische Heizeinrichtunq für Kraftfahrzeuge
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Heizeinrichtungen für Kraftfahrzeuge, insbesondere elektrisch betriebene Heizflächen, die Insassen eines Kraftfahrzeugs über Wärmestrahlung wärmen sollen.
Technischer Hintergrund
In modernen Kraftfahrzeugen erfolgt die Heizung des Fahrgastinnenraumes nicht nur über die Erwärmung von in den Fahrgastraum einströmender Luft, sondern auch über flächige Heizeinrichtungen. Die Heizeinrichtungen stellen beheizbare Oberflächen dar, die über direkten Kontakt mit einem Körperteil eines Fahrzeuginsassen Fahrgäste im Fahrzeuginnenraum wärmen sollen. Beispielsweise können derartige Heizeinrichtungen an Griffflächen des Lenkrads, in Fahrzeugsitzen, in Armauflageflächen und dergleichen angeordnet sein.
Weiterhin können Heizeinrichtungen als Strahlungs-Heizeinrichtungen vorgesehen sein. Strahlungs-Heizeinrichtungen weisen ebenfalls Heizflächen als beheizbare Oberflächen aus, die bei Oberflächentemperaturen von z.B. zwischen 40 und 50 °C zu einer merklichen Wärmestrahlung für die Fahrzeuginsassen führen und damit den Heizkomfort steigern sollen. Um eine Überhitzung der Heizflächen zu vermeiden, ist in der Regel ein Temperatursensor vorgesehen, mit dessen Hilfe in Verbindung mit einer geeigneten Temperaturregelung die Temperatur konstant gehalten werden kann bzw. sichergestellt werden kann, dass die Temperatur einen vorbestimmten Temperaturschwellenwert nicht übersteigt. Der Temperatursensor kann die Temperatur der Heizeinrichtung punktuell oder gemittelt über einen Flächenbereich erfassen.
Die Heizfläche einer Strahlungs-Heizeinrichtung ist zur flächigen Abgabe von Wärmestrahlung ausgelegt. Es stellt sich eine Temperatur der Heizfläche ein, die einem Gleichgewicht zwischen Leistungszufuhr und Wärmeabgabe entspricht.
Je nach Größe der Heizfläche der Heizeinrichtung kann diese teilweise bedeckt sein, beispielsweise, wenn auf oder an einem Teil der Heizfläche Gepäckstücke abgelegt werden. Im Betrieb der Heizeinrichtung kann dies dazu führen, dass der abgedeckte Teil der Heizfläche der Heizeinrichtung sich deutlich gegenüber den nicht abgedeckten Teilen der Heizfläche erwärmt, da die Wärmeabfuhr von dem abgedeckten Teil der Heizfläche geringer als über dem nicht abgedeckten Teil der Heizfläche ist.
Je nach Anordnung eines punktuell messenden Temperatursensors kann diese Temperaturerhöhung nicht detektiert werden, so dass die Regelung keine Reduzierung der Heizleistung bewirkt und es aufgrund der Temperaturerhöhung unter Umständen zu Beschädigungen an dem abdeckenden Gegenstand, wie beispielsweise einem Gepäckstück, oder zu einer Schädigung der Heizeinrichtung kommen kann. Bei einem flächig messenden Temperatursensor wird in der Regel nur der Temperaturm ittelwert über die gesamte Heizfläche bestimmt, so dass je nach Anteil des abgedeckten Teils der Heizfläche die lokale Temperaturerhöhung durch die Mittelung der Temperatur der Heizfläche nur als geringere Temperaturerhöhung festgestellt wird und daher für eine vollständige Ausregelung der Temperatur in dem abgedeckten Flächenbereich nicht ausreicht.
Aus der Druckschrift DE 10 2013 214548 A1 ist beispielsweise eine elektrische Heizeinrichtung zur Beheizung des Fahrgastraums in einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei die Heizwirkung durch Infrarotstrahlung in dem Fahrgastinnenraum erfolgt.
Aus der Druckschrift DE 10 2013 214554 A1 ist weiterhin ein Verfahren zum Heizen eines Innenraums eines Fahrzeugs mit Hilfe von Infrarotstrahlern bekannt, wobei zum Temperieren des Fahrzeuginnenraums eine Leistungsverteilung zwischen einem zentralen Heizsystem und den als Infrarotstrahlern ausgebildeten Heizflächen vorgesehen ist.
Aus der Druckschrift EP 2 1 17 857 B1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Heiz- und/oder Kühleinheit bekannt, die mit verschiedenen Leistungsstufen geschaltet werden kann. Beispielsweise wird eine zweite Leistungsstufe geschaltet, wenn eine Fahrzeugtür entriegelt oder geöffnet wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizeinrichtung insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei der eine ungewollte Temperaturerhöhung bei einer Teilabdeckung der Heizfläche vermieden werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Heizeinrichtung nach Anspruch 1 , durch ein Heizsystem sowie durch das Verfahren zum Betreiben einer Heizeinrichtung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Strahlungs-Heizeinrichtung zum Bereitstellen von Strahlungswärme in einen Fahrgastinnenraum eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, umfassend:
- eine Heizfläche zur Abgabe von Wärmestrahlung;
- ein Heizelement zum Bereitstellen von Heizleistung;
- ein erster Temperatursensor zur punktuellen Erfassung einer ersten Temperatur und zum Bereitstellen einer entsprechenden ersten Temperaturangabe;
- ein zweiter Temperatursensor zur flächigen Erfassung einer zweiten Temperatur und zum Bereitstellen einer entsprechenden zweiten Temperaturangabe.
Eine Idee der obigen Heizeinrichtung besteht darin, eine Temperatursteuerung bzw. -regelung der Heizfläche mithilfe eines ersten Temperatursensors, der punktuell eine erste Temperatur auf einer Heizfläche der Heizeinrichtung misst, und eines zweiten Temperatursensors vorzusehen, der eine zweite Temperatur der Heizfläche misst, d.h. einen repräsentativen Wert für eine mittlere Temperatur der Heizfläche oder einen sich aus der Temperaturverteilung über die gesamte Heizfläche ergebenden Temperaturwert bereitstellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Heizsystem zum Beheizen eines Fahrgastinnenraums eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, umfassend:
- die obige Strahlungs-Heizeinrichtung;
- eine Steuerung, die ausgebildet ist, um
- die erste und die zweite Temperaturangabe zu erfassen,
- eine Unterschiedstemperaturangabe als ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Temperaturangabe zu ermitteln; und
- die Strahlungs-Heizeinrichtung in einer Schutzbetriebsart mit einer reduzierten Heizleistung anzusteuern, wenn ein Betrag der Unterschiedstemperaturangabe einen vorgegebenen Schwellenbetrag übersteigt. In dem obigen Heizsystem kann mithilfe der Steuerung ein Unterschied zwischen den gemessenen ersten und zweiten Temperaturen bestimmt und abhängig von dem bestimmten Unterschied auf eine Teiiverblockung der Heizfläche, d.h. auf eine abgedeckte Teilfläche der Heizfläche, geschlossen werden. Somit kann auch eine Verblockung eines relativ geringen Anteils der Heizfläche erkannt werden. Wird eine Teiiverblockung der Heizfläche erkannt, so kann die Zufuhr der Heizleistung entsprechend reduziert werden, insbesondere so, dass es zu keiner kritischen Temperaturerhöhung in abgedeckten Flächenbereichen der Heizfläche kommen kann.
Im Fall, dass eine Teilfläche der Heizfläche durch einen Gegenstand bedeckt ist und damit die Wärmeabgabe über diese Teilfläche reduziert ist, steigt der durch den zweiten Temperatursensor erfasste zweite Temperaturwert an. Wird bei der Teilabdeckung der Heizfläche der erste Temperatursensor nicht abgedeckt, bleibt der gemessene erste Temperaturwert im Wesentlichen unverändert. Der Unterschied zwischen den Temperaturwerten ändert sich, und mit Hilfe eines Schwellwertvergleichs kann zuverlässig der Fall einer solchen Teilabdeckung erkannt werden.
Wird bei einer Teilabdeckung der Heizfläche der erste Temperatursensor abgedeckt, so steigt der erste Temperaturwert entsprechend an, während der zweite Temperaturwert aufgrund der Mittelung geringfügiger ansteigt. Entsprechend ergibt sich ebenfalls ein Unterschied zwischen dem ersten und zweiten Temperaturwert. Mithilfe eines weiteren Schwellwertvergleichs kann auch der Temperaturunterschied, der nun ein zu dem vorherigen Fall unterschiedliches Vorzeichen aufweist, zuverlässig detektiert werden.
Wird so eine Teilabdeckung der Heizfläche festgestellt, so kann durch eine entsprechende Reduzierung der Heizleistung auf einen vorgegebenen Wert die Heizfläche vor einer kritischen Temperaturerhöhung geschützt werden. Auch kann durch Vorgeben eines Wertebereichs, in dem der Unterschied der Temperaturwerte liegen darf, die Heizleistung geregelt werden, so dass in der abgedeckten Teilfläche ein kritischer Temperaturwert nicht überschritten wird.
Weiterhin kann das Heizelement mithilfe eines Heizdrahtes ausgebildet sein, um bei Zuführung von elektrischer Leistung eine gleichmäßige Heizleistung über die gesamte Heizfläche bereitzustellen. Alternativ kann das Heizelement als Heizmatte, z.B. aus Kohlenstofffasern, mit Heizlack oder mit Heiztinte ausgebildet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass der erste Temperatursensor zur Messung der ersten Temperatur z.B. mittig der Heizfläche, insbesondere in einem Mittenbereich, der von dem Rand der Heizfläche um mehr als 10% der Ausdehnung der Heizfläche entfernt ist, angeordnet ist und insbesondere als ein NTC-Widerstand oder PTC-Widerstand ausgebildet ist.
Weiterhin kann der zweite Temperatursensor zur Messung der zweiten Temperatur insbesondere flächig zwischen dem Heizelement und der Heizfläche angeordnet sein, um die zweite Temperaturangabe entsprechend einer Verteilung von lokalen Temperaturen der Heizfläche, insbesondere als Mittelwert der Temperaturen der Heizfläche bereitzustellen.
Weiterhin kann der zweite Temperatursensor als ein in der Heizfläche verteilter Widerstandsdraht vorgesehen sein, der z.B. in Schlangenlinien verläuft.
Alternativ kann das Heizelement als zweiter Temperatursensor zur Messung der zweiten Temperatur dienen, um die zweite Temperaturangabe entsprechend einer Verteilung von lokalen Temperaturen der Heizfläche, insbesondere als Mittelwert der Temperaturen der Heizfläche abhängig von einem elektrischen Widerstand des Heizelements bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform können der erste und/oder der zweite Temperatursensor ausgebildet sein, um die erste bzw. die zweite Temperaturangabe als einen elektrischen Widerstand, einer elektrischen Spannung, einem elektrischen Strom oder einer sonstigen elektrischen Größe anzugeben.
Weiterhin kann bei dem Heizsystem die Steuerung ausgebildet sein, um die Unterschiedstemperaturangabe als Differenz zwischen der ersten und der zweiten Temperaturangabe zu bestimmen.
Der vorgegebene Schwellenbetrag kann einen Wert zwischen z.B. 2°K und 10°K aufweisen.
Insbesondere kann die Steuerung ausgebildet sein, um eine Temperaturregelung der Heizfläche durchzuführen, um die Temperatur der Heizfläche auf eine vorgegebene Solltemperatur zu regeln, wenn der Betrag der Unterschiedstemperaturangabe den vorgegebenen Schwellenbetrag unterschreitet.
Weiterhin kann die Steuerung ausgebildet sein, um in der Schutzbetriebsart eine Temperaturregelung der Heizfläche durchzuführen, um die Temperatur der Heizfläche 21 auf eine Solltemperatur zu regeln, die geringer ist als die vorgegebene Solltemperatur für die Normalbetriebsart.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Strahlungs- Heizeinrichtung mit einer Heizfläche vorgesehen, mit folgenden Schritten:
- Erfassen einer ersten Temperaturangabe, die einer ersten punktuell erfassten Temperatur der Heizfläche entspricht,
- Erfassen einer zweiten Temperaturangabe für eine zweite Temperatur, die eine mittlere Temperatur der Heizfläche angibt;
- Ermitteln einer Unterschiedstemperaturangabe als ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Temperaturangabe; und - Ansteuern der Strahlungs-Heizeinrichtung in einer Schutzbetriebsart mit einer reduzierten Heizleistung, wenn ein Betrag der Unterschiedstemperaturangabe einen vorgegebenen Schwellenbetrag überteigt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Heizsystems mit einer
Strahlungs-Heizeinrichtung mit einem ersten Temperatursensor und einem zweiten Temperatursensor; und
Figur 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben einer Strahlungs-Heizeinrichtung.
Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Heizsystems 1 mit einer Strahlungs-Heizeinrichtung 2 und einer Steuerung 3. Die Strahlungs- Heizeinrichtung 2 ist als ein Infrarot-Flächenstrahler ausgebildet und weist eine Heizfläche 21 auf, die mit Hilfe eines Heizelements 22 erwärmt werden kann. Das Heizelement 22 kann beispielsweise als elektrische Heizeinheit mit einem sich flächig erstreckenden oder in Schlaufen gelegten Heizdraht (nicht gezeigt) umfassen, um bei Zuführung von elektrischer Leistung eine Heizleistung über der gesamten Heizfläche 21 gleichmäßig bereitzustellen. Zwischen der Heizfläche 21 und dem Heizelement 22 ist ein erster Temperatursensor 23 vorgesehen, der eine Temperatur der Heizfläche 21 an einem bestimmten Messpunkt misst. Der erste Temperatursensor 23 stellt entsprechend der gemessenen Temperatur eine erste Temperaturangabe zur Verfügung, die eine erste Temperatur repräsentiert und beispielsweise einen elektrischen Widerstand oder einer sonstigen elektrischen Größe angeben kann. Beispielsweise kann der erste Temperatursensor als wärmeempfindlicher Widerstand, wie beispielsweise in Form eines NTC oder PTC ausgebildet sein.
Es ist ein zweiter Temperatursensor 24 vorgesehen, der eine flächige Temperaturerfassung ermöglicht. Dabei kann sich der zweite Temperatursensor im Wesentlichen über den gesamten Bereich der Heizfläche 21 erstrecken, insbesondere zwischen der Heizfläche 21 und dem Heizelement 22, und eine zweite Temperaturangabe bereitstellen, die eine zweite Temperatur repräsentiert und beispielsweise einen elektrischen Widerstand oder einer sonstigen elektrischen Größe angeben kann. Die zweite Temperaturangabe kann sich aus der Temperaturverteilung über der Heizfläche 21 aus den lokalen Temperaturen der Heizfläche 21 ergeben. Insbesondere kann der zweite Temperatursensor 24 einen Mittelwert der Temperaturverteilung der Heizfläche 21 bereitstellen. Der zweite Temperatursensor 24 kann mit Hilfe eines wärmeempfindlichen Widerstandsdrahtes ausgebildet sein, der in Schlaufen über den Flächenbereich der Heizfläche 21 gelegt ist.
Die Steuerung 3 dient dazu, dem Heizelement 22 eine elektrische Leistung zuzuführen, um dort eine entsprechende Heizwirkung mit einer der elektrischen Leistung entsprechenden Heizleistung hervorzurufen. Die Zufuhr der Heizleistung kann getaktet (durch zyklisches Umschalten zwischen zwei Leistungsstufen, meistens zwischen maximaler Leistung und keiner Leistung) oder variabel erfolgen. Weiterhin ist die Steuerung 3 mit dem ersten und zweiten Temperatursensor 23, 24 verbunden, um die durch diese bereitgestellte erste und zweite Temperaturangabe zu erfassen.
Als Normalbetriebsart kann die Steuerung 3 eine Temperaturregelung der Heizfläche vornehmen, indem abhängig von einem durch einen der beiden Temperatursensoren 23, 24 erfassten Temperaturwert die dem Heizelement 22 zugeführte Heizleistung variiert wird, um die Temperatur der Heizfläche 21 auf eine vorgegebene Solltemperatur zu regeln. Eine entsprechende Solltemperaturangabe kann durch eine Einstellung eines manuell betätigbaren Bedienelements oder von einer übergeordneten Heizsteuerung vorgegeben werden. Dazu können die Solltemperaturangabe mit der ersten Temperaturangabe bei Verwendung des ersten Temperatursensors 23 oder mit der zweiten Temperaturangabe bei Verwendung des zweiten Temperatursensors 24 für die Temperaturregelung verglichen und abhängig von einem Maß des Unterschreitens der Solltemperaturangabe durch die entsprechende erste bzw. zweite Temperaturangabe die Heizleistung erhöht und bei Erreichen oder Überschreiten der Solltemperaturangabe durch die erste bzw. zweiten Temperaturangabe die Heizleistung entsprechend reduziert werden.
Weiterhin kann entsprechend einer Schutzfunktion die Steuerung 3 die von den Temperatursensoren 23, 24 bereitgestellten erste und zweite Temperaturangabe zur Erkennung einer Teilabdeckung der Heizfläche 21 durch einen Gegenstand nutzen. Eine Teilabdeckung kann zu einer lokalen Temperaturerhöhung führen, die den abdeckenden Gegenstand oder die Strahlungs-Heizeinrichtung 2 schädigen kann.
Dazu wird in der Steuerung 3 ein Verfahren, wie es anhand des Flussdiagramms der Figur 2 veranschaulichend dargestellt wird, beschrieben. In Schritt S1 werden die erste und zweite Temperaturangabe von den Temperatursensoren 23, 24 erfasst. In Schritt S2 wird ein Unterschied bzw. eine Abweichung, z.B. in Form einer Differenz, zwischen der ersten und zweiten Temperaturangabe gebildet, um eine Unterschiedstemperaturangabe zu erhalten.
In Schritt S3 wird überprüft, ob ein Betrag der Unterschiedstemperaturangabe höher ist als ein vorbestimmter Schwellenbetrag. Wird ein Überschreiten des vorbestimmten Schwellenbetrags festgestellt (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S4 fortgesetzt, anderenfalls wird in Schritt S5 die oben beschriebene Normalbetriebsart eingenommen und zu Schritt S1 zurückgesprungen. Beispielsweise kann eine Abdeckung der Teilfläche erkannt werden, wenn eine Temperaturabweichung zwischen der durch die erste und zweite Temperaturangabe dargestellten ersten und zweiten Temperatur von mehr als einen vorgegebenen Wert von zwischen 2°K bis 10°K erkannt wird.
Nach Erkennung einer durch die Abweichung zwischen der durch die ersten und zweiten Temperaturangaben bestimmten Unterschiedstemperaturangabe wird eine Schutzbetriebsart in Schritt S4 eingenommen. Anschließend wird das Verfahren mit Schritt 1 fortgesetzt. In der Normalbetriebsart erfolgt die Regelung der Temperatur der Heizfläche wie oben beschrieben.
Bei der Reduzierungsbetriebsart soll die dem Heizelement 22 zugeführte Heizleistung so reduziert werden, dass eine kritische Temperaturerhöhung in abgedeckten Teilflächen nicht auftreten kann. Dazu kann beispielsweise die Regelung deaktiviert werden und die dem Heizelement 22 zugeführte Heizleistung auf eine vorbestimmte reduzierte Heizleistung eingestellt werden, bei der eine kritische Temperaturerhöhung auch in der abgedeckten Teilfläche ausgeschlossen werden kann, bzw. die Zufuhr der Heizleistung vollständig unterbrochen werden.
Alternativ kann die Regelung unter Vorgabe einer reduzierten Solltemperaturangabe fortgesetzt werden, bei der sich selbst in abgedeckten Teilflächen keine kritische Temperaturerhöhung ergeben kann. Beispielsweise kann bei einer Normalbetriebsart eine Solltemperaturangabe eine Temperatur von 45° angeben, während bei der Schutzbetriebsart eine Solltemperaturangabe eine Solltemperatur von 35° vorgegeben wird. Solltemperaturangaben, die eine kritische Temperaturerhöhung bei allen möglichen Teilabdeckungen vermeiden, können beispielsweise durch empirische Untersuchungen bestimmt werden.
Bezugszeichenliste
Heizsystem
Strahlungs-Heizeinrichtung
Heizfläche
Heizelement
erster Temperatursensor
zweiter Temperatursensor
Steuerung

Claims

Ansprüche
1 . Strahlungs-Heizeinnchtung (2) zum Bereitstellen von Strahlungswärme in einen Fahrgastinnenraum eines Kraftfahrzeugs, umfassend:
- eine Heizfläche (21 ) zur Abgabe von Wärmestrahlung;
- ein Heizelement (22) zum Bereitstellen von Heizleistung;
- ein erster Temperatursensor (23) zur punktuellen Erfassung einer ersten Temperatur und zum Bereitstellen einer entsprechenden ersten Temperaturangabe;
- ein zweiter Temperatursensor (24) zur flächigen Erfassung einer zweiten Temperatur und zum Bereitstellen einer entsprechenden zweiten Temperaturangabe.
2. Strahlungs-Heizeinrichtung (2) nach Anspruch 1 , wobei das Heizelement (22) mithilfe eines Heizdrahtes ausgebildet ist, um bei Zuführung von elektrischer Leistung eine gleichmäßige Heizleistung über die gesamte Heizfläche (21 ) bereitzustellen.
3. Strahlungs-Heizeinrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Temperatursensor (23) zur Messung der ersten Temperatur mittig der Heizfläche (21 ), insbesondere in einem Mittenbereich, der von dem Rand der Heizfläche um mehr als 10% der Ausdehnung der Heizfläche entfernt ist, angeordnet ist und insbesondere als ein NTC- Widerstand oder PTC-Widerstand ausgebildet ist.
4. Strahlungs-Heizeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Temperatursensor (24) zur Messung der zweiten Temperatur insbesondere flächig zwischen dem Heizelement (22) und der Heizfläche (21 ) angeordnet ist, um die zweite Temperaturangabe entsprechend einer Verteilung von lokalen Temperaturen der Heizfläche (21 ), insbesondere als Mittelwert der Temperaturen der Heizfläche (21 ) bereitzustellen.
Strahlungs-Heizeinrichtung (2) nach Anspruch 4, wobei der zweite Temperatursensor als ein in der Heizfläche verteilter Widerstandsdraht vorgesehen sein, der insbesondere in Schlangenlinien verläuft.
Strahlungs-Heizeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Heizelement (22) als zweiter Temperatursensor (24) zur Messung der zweiten Temperatur dient, um die zweite Temperaturangabe entsprechend einer Verteilung von lokalen Temperaturen der Heizfläche (21 ), insbesondere als Mittelwert der Temperaturen der Heizfläche (21 ) bereitzustellen.
Strahlungs-Heizeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste (23) und/oder der zweite Temperatursensor (24) ausgebildet sind, um die erste bzw. die zweite Temperaturangabe als einen elektrischen Widerstand, einer elektrischen Spannung, einem elektrischen Strom oder einer sonstigen elektrischen Größe anzugeben.
Heizsystem (1 ) zum Beheizen eines Fahrgastinnenraums eines Kraftfahrzeugs, umfassend:
- die Strahlungs-Heizeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7;
- eine Steuerung, die ausgebildet ist, um
- die erste und die zweite Temperaturangabe zu erfassen, - eine Unterschiedstemperaturangabe als ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Temperaturangabe zu ermitteln; und
- die Strahlungs-Heizeinrichtung (2) in einer Schutzbetriebsart mit einer reduzierten Heizleistung anzusteuern, wenn ein Betrag der Unterschiedstemperaturangabe einen vorgegebenen Schwellenbetrag übersteigt.
9. Heizsystem nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (3) ausgebildet ist, um die Unterschiedstemperaturangabe als Differenz zwischen der ersten und der zweiten Temperaturangabe zu bestimmen.
10. Heizsystem (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der vorgegebene Schwellenbetrag einen Wert zwischen 2°K und 10°K aufweist.
1 1 . Heizsystem (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Steuerung ausgebildet ist, um eine Temperaturregelung der Heizfläche (21 ) durchzuführen, um die Temperatur der Heizfläche (21 ) auf eine vorgegebene Solltemperatur zu regeln, wenn der Betrag der Unterschiedstemperaturangabe den vorgegebenen Schwellenbetrag unterschreitet.
12. Heizsystem (1 ) nach Anspruch 1 1 , wobei die Steuerung (3) ausgebildet ist, um in der Schutzbetriebsart eine Temperaturregelung der Heizfläche (21 ) durchzuführen, um die Temperatur der Heizfläche (21 ) auf eine Solltemperatur zu regeln, die geringer ist als die vorgegebene Solltemperatur für die Normalbetriebsart.
13. Verfahren zum Betreiben einer Strahlungs-Heizeinrichtung (2) mit einer Heizfläche (21 ), mit folgenden Schritten: Erfassen einer ersten Temperaturangabe, die einer ersten punktuell erfassten Temperatur der Heizfläche (21 ) entspricht,
Erfassen einer zweiten Temperaturangabe für eine zweite Temperatur, die eine mittlere Temperatur der Heizfläche angibt;
Ermitteln einer Unterschiedstemperaturangabe als ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Temperaturangabe; und
Ansteuern der Strahlungs-Heizeinrichtung (2) in einer Schutzbetriebsart mit einer reduzierten Heizleistung, wenn ein Betrag der Unterschiedstemperaturangabe einen vorgegebenen Schwellenbetrag überteigt.
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