DE102011107229A1

DE102011107229A1 - Heizsystem für ein Fahrzeug sowie Fahrzeug mit Heizsystem

Info

Publication number: DE102011107229A1
Application number: DE102011107229A
Authority: DE
Inventors: Marco Baumgarth
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2031-07-14
Also published as: DE102011107229B4

Abstract

Ein Heizsystem (20) für ein Fahrzeug (10) umfasst einen Gleichspannungswandler (2) zum Umsetzen einer Hochvoltgleichspannung eines Hochvoltnetzes (11) des Fahrzeugs (10) in eine Niedervoltgleichspannung eines Niedervoltnetzes (12) des Fahrzeugs (10) und ein Heizelement (1), welches mit der Niedervoltgleichspannung betreibbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizsystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug, sowie ein entsprechendes Fahrzeug mit diesem Heizsystem.
Die DE 9413500 U1 offenbart ein elektrisches Heizelement, welches an eine Fahrbatterie anschließbar ist.
Die GB 2 443 225 A beschreibt eine Heizung, welche ein Heizelement, welches bei einer höhen Gleichspannung betreibbar ist, und ein Steuerelement, welches bei einer niedrigen Gleichspannung betreibbar ist, umfasst.
Obwohl Heizelemente bekannt sind, welche von einer Hochvoltgleichspannung versorgt werden (siehe oben), ist der Einsatz von Heizelementen, welche von einer Niedervoltgleichspannung (beispielsweise 12 V) versorgt werden, Insbesondere für eine Standheizung eines Fahrzeugs, weit verbreitet. Die maximale Betriebsdauer einer solchen Standheizung ist für den normalen Einsatzfall, in welchem der Motor des Fahrzeugs nicht läuft, von der Energiespeicherkapazität eines entsprechenden Niedervoltenergiespeichers (z. B. einer 12 V-Batterie) des Fahrzeugs abhängig. Je geringer die Kapazität dieses Niedervoltenergiespeichers ist, desto geringer ist auch die mögliche Betriebsdauer der Standheizung.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die maximale Betriebsdauer einer solchen Standheizung unabhängig von der Kapazität des diese Standheizung versorgenden Niedervoltenergiespeichers zu verlängern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Heizsystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 7 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Heizsystem für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dieses Heizsystem umfasst einen Gleichspannungswandler und ein Heißelement. Der Gleichspannungswandler setzt eine Hochvoltgleichspannung eines Hochvoltnetzes des Fahrzeugs in eine Niedervoltgleichspannung eines Niedervoltnetzes des Fahrzeugs um. Das Heizelement ist mit der Niedervoltgleichspannung betreibbar.
Dabei beträgt die Niedervoltgleichspannung des Niedervoltnetzes beispielsweise 12 V bei einem Pkw und 24 V bei einem Lkw, während die Hochvoltgleichspannung des Hochvoltnetzes des Fahrzeugs 100 V bis 800 V (z. B. 360 V) beträgt. Das Niedervoltnetz versorgt Verbraucher des Fahrzeugs, wie beispielsweise den Bordcomputer, das Radio, die Klimaanlage, während das Hochvoltnetz insbesondere einen Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs mit Spannung versorgt.
Indem der Gleichspannungswandler die Hochvoltgleichspannung in die Niedervoltgleichspannung umsetzt, kann das Heizelement vorteilhafterweise auch mit Energie versorgt werden, welche von einer Vorrichtung bereitgestellt wird, die ihre Energie in Form einer Hochvoltgleichspannung bereitstellt, wie dies beispielsweise bei einem Hochvoltenergiespeicher der Fall ist. Dadurch kann die maximale Betriebsdauer des Heizsystems verlängert werden, ohne dass die Kapazität des Niedervoltenergiespeichers des Fahrzeugs erhöht werden muss oder ein weiterer Niedervoltenergiespeicher quasi als Reserve zur Versorgung des Heizelements benötigt wird.
Das Heizsystem kann darüber hinaus einen Gleichrichter umfassen, um eine bereitgestellte Wechselspannung in die Hochvoltgleichspannung umzusetzen.
Mit Hilfe des Gleichrichters kann das Heizsystem über ein entsprechendes externes Wechselspannungsnetz (beispielsweise ein Wechselspannungsnetz eines Hauses) versorgt werden.
Darüber hinaus kann das Heizsystem einen Niedervoltenergiespeicher umfassen, welcher mit dem Heizelement gekoppelt ist, um diesem die Niedervoltgleichspannung zur Energieversorgung zuzuführen. Bei diesem Niedervoltenergiespeicher kann es sich beispielsweise um die 12 V-Batterie des Fahrzeugs handeln.
Des Weiteren kann das Heizsystem einen Hochvoltenergiespeicher umfassen, welcher mit dem Gleichspannungswandler gekoppelt ist, so dass die von dem Hochvoltenergiespeicher bereitgestellte Energie zur Energieversorgung des Heizelements verwendbar ist. Bei diesem Hochvoltenergiespeicher kann es sich beispielsweise um denjenigen Hochvoltenergiespeicher des Fahrzeugs handeln, mit welchem ein Elektromotor des Fahrzeugs zum Antrieb des Fahrzeugs mit Energie versorgt wird.
Wenn das Heizsystem beispielsweise über seinen Gleichrichter mit einem externen Wechselspannungsnetz verbunden ist, können vorteilhafterweise in Zeiträumen, in welchen der Strompreis günstig ist, das Heizelement über das externe Wechselspannungsnetz versorgt und der Hochvoltenergiespeicher geladen werden während in sonstigen Zeiträumen des Heizsystem über den Hochvoltenergiespeicher und auch über den Niedervoltenergiespeicher versorgt wird.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Heizsystem darüber hinaus Steuermittel, welche derart ausgestaltet sind, dass die Steuermittel eine Sollausgangsspannung des Gleichspannungswandlers abhängig von einer Ruhespannung des Niedervoltenergiespeichers derart einstellen, dass die Sollausgangsspannung im Bereich der Ruhespannung liegt, so dass die von dem Gleichspannungswandler als Niedervoltgleichspannung bereitgestellte Energie nicht zum Laden des Niedervoltenergiespeichers eingesetzt wird.
Dabei wird unter der Ruhespannung des Niedervoltenergiespeichers diejenige Spannung verstanden, welche sich abhängig von dem Ladezustand des Niedervoltenergiespeichers am Niedervoltenergiespeicher einstellt, wenn der Niedervoltenergiespeicher keinen Verbraucher mit Energie versorgt und nicht geladen wird. Wenn die Sollausgangsspannung des Gleichspannungswandlers niedriger als das 1,05-fache der Ruhespannung oder besser niedriger als die Ruhespannung liegt, wird der Niedervoltenergiespeicher von der über den Gleichspannungswandler bereitgestellten Energie nicht geladen, so dass hier vorteilhafterweise keine weiteren Energieverluste auftreten. Anders ausgedrückt wird bei dieser Ausführungsform dafür gesorgt, dass mit der über den Gleichspannungswandler bereitgestellten Energie nur Elemente des Heizsystems auf der Niedervoltseite, wie das Heizelement (welches einen Lüfter zur Verbreitung erwärmter Luft umfassen kann) und die Steuermittel, mit Energie versorgt werden. Durch diese entsprechende Ansteuerstrategie des Gleichspannungswandlers kann das erfindungsgemäße Heizsystem auch bei auf Leistung ausgelegten Hochvoltenergiespeichern mit kleiner Kapazität eingesetzt werden.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Heizsystem weitere Steuermittel, um den Hochvoltenergiespeicher zu steuern. Diese weiteren Steuermittel sind derart ausgestaltet, dass sie bei einer Verwaltung der in dem Hochvoltenergiespeicher gespeicherten Energiemenge eine Versorgung des Heizelements berücksichtigen, indem beispielsweise das Hochvolt-Energiemanagement derart angepasst wird, dass ein entsprechender Leistungsvorhalt für das Heizelement auf der Hochvoltseite berücksichtigt oder realisiert wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Fahrzeug bereitgestellt, welches ein Hochvoltnetz, eine Niedervoltnetz, einen Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs und ein erfindungsgemäßes Heizsystem umfasst. Dabei ist der Gleichspannungswandler des Heizsystems mit dem Hochvoltnetz und dem Niedervoltnetz des Fahrzeugs gekoppelt während das Heizelement des Heizsystems mit dem Niedervoltnetz des Fahrzeugs gekoppelt ist.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Hybridfahrzeuge und Elektrofahrzeuge geeignet, bei welchen das erfindungsgemäße Heizsystem auch mit Energie aus dem Hochvoltenergiespeicher versorgt werden kann. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung prinzipiell auch bei Schiffen, Flugzeugen sowie gleisgebundenen oder spurgeführten Fahrzeugen eingesetzt werden kann.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand erfindungsgemäßer Ausführungsformen im Detail mit Bezug zu den Figuren beschrieben.
1 stellt schematisch ein erfindungsgemäßes Heizsystem dar, welches mit einem externen Wechselspannungsnetz gekoppelt ist.
In 2 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug dargestellt, welches ein erfindungsgemäßes Heizsystem umfasst.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Heizsystem 20 schematisch dargestellt. Das Heizsystem 20 umfasst ein Heizelement 1, einen Gleichspannungswandler 2, eine 12 V-Batterie 3, eine Hochvoltbatterie 4, einen Gleichrichter 5, eine Steuerung 7 zur Steuerung des Gleichspannungswandlers 2 und eine Steuerung 8 zur Steuerung der Hochvoltbatterie 4. Die 12 V-Batterie 3 versorgt ein Niedervoltnetz 12 eines Fahrzeugs 10 (siehe 2) mit Energie, wobei ein Lüfter 6 des Heizsystems 20, das Heizelement 1 und die Steuerung 7 als Verbraucher mit diesem Niedervoltnetz 12 verbunden sind. Der Gleichspannungswandler 2, welcher ausgangsseitig mit dem Niedervoltnetz 12 und eingangsseitig mit einem Hochvoltnetz 11 des Fahrzeugs 10 verbunden ist, stellt dem Niedervoltnetz 12 eine Energie in Form einer Gleichspannung (im Bereich von 12 V) bereit, sofern ihm eingangsseitig eine entsprechende Hochvoltspannung (im Bereich von 360 V) entweder von der Hochvoltbatterie 4 oder über den Gleichrichter 5, welcher mit einem externen Wechselspannungsnetz gekoppelt ist, bereitgestellt wird.
Die Steuerung 7 erfasst eine Ruhespannung der 12 V-Batterie 3 und stellt die (Soll-)Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 2 auf diese Ruhespannung ein, um zu verhindern, dass die über den Gleichspannungswandler 2 zur Verfügung gestellte Energie zum Laden der 12 V-Batterie 3 verwendet. Die Steuerung 8 berücksichtigt beim Energiemanagement für die Hochvoltbatterie 4, dass nicht die gesamte in der Hochvoltbatterie 4 gespeicherte Energie zur Versorgung eines Elektromotors 9 (siehe 2) des Fahrzeugs 10 eingesetzt wird, sondern dass auch noch eine vorbestimmte Energiemenge zur Versorgung des Heizelements 1 zur Verfügung steht.
2 stellt schematisch das erfindungsgemäße Fahrzeug 10 dar, welches das erfindungsgemäße Heizsystem 20 umfasst. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform umfasst das Heizsystem 20 eine Standheizung 1 bzw. ein Heizelement, einen Gleichspannungswandler 2, einen Niedervoltenergiespeicher 3 und einen Hochvoltenergiespeicher 4, welcher sowohl mit dem Gleichspannungswandler 2 als auch mit dem Elektromotor 9 des Fahrzeugs 10 gekoppelt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 9413500 U1 [0002]
GB 2443225 A [0003]

Claims

Heizsystem für ein Fahrzeug (10), umfassend: einen Gleichspannungswandler (2) zum Umsetzen einer Hochvoltgleichspannung eines Hochvoltnetzes (11) des Fahrzeugs (10) in eine Niedervoltgleichspannung eines Niedervoltnetzes (12) des Fahrzeugs (10), und ein Heizelement (1), welches mit der Niedervoltgleichspannung betreibbar ist.
Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizsystem (20) darüber hinaus einen Gleichrichter (5) zur Wandlung einer Wechselspannung in die Hochvoltgleichspannung umfasst.
Heizsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizsystem (20) darüber hinaus einen mit dem Heizelement (1) gekoppelten Niedervoltenergiespeicher (3) zur Bereitstellung der Niedervoltgleichspannung umfasst.
Heizsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizsystem (20) darüber hinaus Steuermittel (7) umfasst, und dass die Steuermittel (7) ausgestaltet sind, eine Sollausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (2) derart abhängig von einer Ruhespannung des Niedervoltenergiespeichers (3) einzustellen, dass die von dem Gleichspannungswandler (2) als Niedervoltgleichspannung bereitgestellte Energie nicht zum Laden des Niedervoltenergiespeichers (3) eingesetzt wird.
Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizsystem (20) darüber hinaus einen zur Energieversorgung des Heizelements (1) mit dem Gleichspannungswandler (2) gekoppelten Hochvoltenergiespeicher (4) zum Bereitstellen der Hochvoltgleichspannung umfasst.
Heizsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizsystem (20) darüber hinaus weitere Steuermittel (8) zur Steuerung des Hochvoltenergiespeichers (4) umfasst, und dass die weiteren Steuermittel (8) ausgestaltet sind, bei einem Management der in dem Hochvoltenergiespeicher (4) gespeicherten Energiemenge eine Versorgung des Heizelements (1) zu berücksichtigen.
Fahrzeug mit einem Hochvoltnetz (11), einem Niedervoltnetz (12), einem Elektromotor (9) zum Antrieb des Fahrzeugs (10) und einem Heizsystem (20) nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der Gleichspannungswandler (2) des Heizsystems (20) mit dem Hochvoltnetz (11) und dem Niedervoltnetz (12) des Fahrzeugs (10) gekoppelt ist, und wobei das Heizelement (1) des Heizsystems (20) mit dem Niedervoltnetz (12) des Fahrzeugs (10) gekoppelt ist.