DE19625868C1 - Verfahren zur Steuerung wenigstens eines elektrischen Heizgerätes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung wenigstens eines elektrischen Heizgerätes in einem Fahrzeug mit zumin­ dest einem elektrischen Fahrmotor, der von einer Primärener­ giequelle versorgt wird und der als Generator umschaltbar ist.

Derartige elektrische Heizgeräte dienen zum Beheizen von Fahrgasträumen in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, z. B. Straßenbahnen. Die Speisespannung der Fahrzeuge wird hierbei auch zum Heizen verwendet. Die Heizung wird während der Fahrt vor allem in der Bremsphase eingeschaltet (getakteter Be­ trieb), um die rückgespeiste Energie des Antriebes zum Heizen zu nutzen (DE 28 35 120 C2). Dabei muß zum Rückspeisen die Spannung angehoben werden. Bei Stillstand des Fahrzeuges muß die Heizenergie aus dem Netz entnommen werden. Je nach Ver­ teilung der Einspeisepunkte (Unterwerke) im Netz und der Netzbelastung durch weitere Fahrzeuge sind große Netzspan­ nungsschwankungen möglich und zulässig. Dies führt bei einer von der Außentemperatur abhängigen Einschaltzeit der Heizung zu einer unregelmäßigen Energiezufuhr. Die Heizung muß des­ halb auf eine bestimmte Spannung ausgelegt werden, um die Einschaltzeit dann entsprechend dieser Spannung in Abhängig­ keit von der Außentemperatur zu steuern. Aufgrund der quadra­ tischen Abhängigkeit der Energie von der Spannung führt das bekannte Steuerverfahren zu einer stark schwankenden Innen­ temperatur. In Netzen mit hohem Spannungsabfall müssen die Heizzeiten deshalb mittels umfangreicher Messungen entspre­ chend ausgelegt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, das auch bei starken Netz­ spannungsschwankungen eine weitgehend konstante Innentempera­ tur des beheizten Raumes ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Das Verfahren nach Anspruch 1 dient zur Steuerung wenigstens eines elektrischen Heizgerätes in einem Fahrzeug mit zumin­ dest einem elektrischen Fahrmotor, der von einer Primärener­ giequelle versorgt wird und der als Generator umschaltbar ist. Hierfür wird aus den Fahrzeugeigenschaften in Abhängig­ keit von der Außentemperatur die für eine vorgebbare Raumtem­ peratur innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls notwendige elektrische Heizenergie berechnet. Weiterhin wird aus den elektrischen Werten der generatorischen Bremsung und/oder der Primärenergiequelle die aktuelle elektrische Heizenergie be­ rechnet, wobei die vom elektrischen Fahrmotor aufgebrachte und/oder aus der Primärenergiequelle aufgenommene aktuelle elektrische Heizenergie von der im vorgegebenen Zeitintervall notwendigen elektrischen Heizenergie abgezogen wird. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die notwendige elektri­ sche Heizenergie aufgebracht oder das Ende des Zeitintervalls erreicht ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle Arten von elek­ trisch angetriebenen Fahrzeugen (dieselelektrischer Antrieb, Brennstoffzelle oder Akku als Primärenergiequelle, Fahr­ drahteinspeisung) geeignet. Heizgeräte, die durch das Verfah­ ren nach Anspruch 1 gesteuert werden, benötigen keine Misch­ kammern zum Mischen der erwärmten Luft mit der Außenluft und keine Isolierkammern, die das Abkühlen der erwärmten Luft verhindern. Damit können Heizgeräte, die nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren betrieben werden, konstruktiv entsprechend einfach und leicht aufgebaut sein.

Das Verfahren nach Anspruch 1 ist darüber hinaus zum Beheizen von verschiedenen Innenräumen geeignet. So können z. B. so­ wohl Fahrgasträume als auch Führerräume von Fahrzeugen be­ heizt werden. Auch das Beheizen von Innenräumen elektrischer Komponenten zur Verhinderung von Kondensation an den Bautei­ len ist möglich.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 1 werden die Heizgeräte ge­ taktet betrieben. Diese Betriebsart kann außer im Fahrbetrieb (im folgenden als getakteter Normalheizbetrieb bezeichnet) auch zum schnellen Aufwärmen des Fahrzeugs (getakteter Vor­ heizbetrieb) gewählt werden.

Soll bei längeren Standzeiten des Fahrzeugs in den kalten Mo­ naten eine Abkühlung unter eine vorgebbare Mindesttemperatur verhindert werden, dann ist es besonders vorteilhaft die Heizgeräte gemäß einem Verfahren nach Anspruch 2 zu betreiben (im folgenden als zyklischer Warmhaltebetrieb bezeichnet). Das Einschalten der Heizgeräte erfolgt zeitlich versetzt. Man erreicht dadurch eine gleichmäßige Strombelastung, ohne daß kurzzeitig in Summe ein hoher Strom fließt. Mit dem Verfahren gemäß Anspruch 2 ist selbstverständlich auch ein zyklischer Vorheizbetrieb zum schnellen Aufwärmen des Fahrzeugs möglich.

Der durch Anspruch 1 definierte getaktete Normalheizbetrieb gewährleistet z. B. für mitteleuropäische Witterungsverhält­ nisse i. a. auch bei starken Netzschwankungen eine weitgehend konstante Innentemperatur des beheizten Raumes. Um auch noch bei extrem niedrigen Außentemperaturen und starken Netz­ schwankungen eine konstante Innentemperatur des beheizten Raumes zu gewährleisten, ist ein Verfahren gemäß Anspruch 3 besonders gut geeignet.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, die Gegenstand der weiteren Ansprüche sind, werden im folgenden anhand von Diagrammen und Kennlinien in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ablaufdiagramm für das Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3,

Fig. 2 Kennlinie für den Normalheizbetrieb,

Fig. 3 Aufteilung der zuzuführenden Heizenergie auf den Grundtakt,

Fig. 4 Zeitdiagramm für das zyklische Einschalten der Heiz­ kreise,

Fig. 5 Zeitdiagramm der Energieaufnahme bei zyklischem Heiz­ betrieb,

Fig. 6 Einschaltbedingungen für Normalheizbetrieb und getak­ teten Vorheizbetrieb zu Beginn des Grundtaktzyklus

Fig. 7 Einschaltbedingungen der Heizkreise während des Grundtaktzyklus im getakteten Heizbetrieb.

Die Heizungssteuerung wird bei einer Straßenbahn mit den Signalen "Stromabnehmer oben, Batterie ein und Netzspannung vorhanden" eingeschaltet.

Bei abgerüstetem Fahrzeug (Fahrzeug aufgerüstet bedeutet: Batterie ein und Fahrerschlüssel steckt; Fahrzeug abgerüstet bedeutet: Batterie ein und Fahrerschlüssel steckt nicht) durchläuft die Heizungssteuerung das Warmhalteprogramm. Ist die Temperatur im Fahrzeug beim Einschalten stark abgesunken (T_innen < T_{W aus}), dann wird im zyklischen Betrieb solange ge­ heizt, bis die Innentemperatur T_{W aus} erreicht ist.

Wird der Fahrerstand besetzt, dann wird abhängig vom Fahrt­ richtungsschalter entweder in den zyklischen oder in den ge­ takteten Vorheizbetrieb geschaltet.

Steht der Fahrtrichtungsschalter nicht in Stellung "Vor­ wärts", dann durchläuft die Steuerung den zyklischen Vor­ heizbetrieb. Dabei wird das Fahrzeug bis zur Sollinnentempe­ ratur T_{V aus} vorgeheizt. Danach werden die Heizgeräte, solange sich die Innentemperatur innerhalb der Abschalthysterese be­ findet, ausgeschaltet.

Steht der Fahrtrichtungsschalter in Stellung "Vorwärts", dann wird getaktet vorgeheizt. Dies erfolgt bis zu einer bestimm­ ten Innentemperatur T_{V aus}.

Über diesen Temperaturgrenzwert wird der Vorheizbetrieb vom getakteten Normalheizbetrieb abgelöst. Im Normalheizprogramm soll der beim Vorheizen erreichte Innentemperaturwert mög­ lichst konstant gehalten werden. Erreicht die Innentemperatur den Grenzwert T_{N aus}, dann wird der getaktete Normalheizbe­ trieb abgeschaltet. Die Einschaltung erfolgt erst wieder, wenn die Innentemperatur auf die untere Hysteresetemperatur abgesunken ist.

Der getaktete Betrieb und der zyklische Betrieb sind hierbei folgendermaßen definiert:
Im getakteten Betrieb werden die Heizgeräte vorzugsweise von der elektrischen Bremsenergie gespeist. Die Steuerung über­ prüft in einem bestimmten Zeitraum (Grundtakt) ob eine Netz­ bremsung erfolgt und schaltet die Heizung dann zu. Falls in­ nerhalb des Grundtaktes die Heizenergie nicht von der Bremse aufgebracht werden kann, nimmt die Heizung Energie aus dem Netz auf. Diese Betriebsart wird im Fahrbetrieb verwendet, da dann Bremsenergie erwartet werden kann.

Der zyklische Betrieb kommt zum Einsatz, wenn die Straßenbahn über längere Zeit steht, z. B. im Straßenbahndepot. Im zykli­ schen Betrieb bleibt das Heizschütz über die festgelegte Zeit t_Wein/t_Vein eingeschaltet. Die Einschaltung der Schütze er­ folgt um die Zeit t_Wvers/t_Vvers versetzt. Man erreicht damit eine gleichmäßige Strombelastung über der Zeit. Auf diese Weise wird verhindert, daß alle Heizgeräte gleichzeitig hei­ zen und somit kurzzeitig in Summe ein hoher Strom fließt.

Beim Abrüsten eines Fahrerstandes schaltet die Heizung wieder in den Warmhaltebetrieb.

Die für die Steuerung der Heizgeräte notwendige Temperaturer­ fassung erfolgt über mehrere Temperaturgeber, von denen vor­ zugsweises wenigstens zwei in jedem Innenraum und zwei an der Fahrzeugaußenfront eingebaut sind. Die Temperaturgeber werden vom zentralen Steuergerät abgefragt. Das zentrale Steuergerät wandelt die eingelesenen Werte in ein festes Datenformat um und überprüft sie auf Überlauf und Drahtbruch. Im Fehlerfall werden Ersatzwerte gebildet (z. B. gültige Werte der anderen Meßfühler). Für die Weiterverarbeitung im Software-Programm wird je ein Referenzwert Innentemperatur T_innen und Außentem­ peratur T_außen als Mittelwert der eingelesenen Werte gebildet.

Ist die Einschaltbedingung für das Normalheizen erfüllt, d. h. T_{V aus} < T_Innen < T_{N aus}, wird das Normalheizprogramm durchlau­ fen.

Im Normalheizbetrieb wird nach der in Fig. 2 dargestellten Temperatur-Leistungskennlinie geheizt. Die Leistungsvorgabe bleibt im Zuge der Berechnung der Heizenergie konstant. Hin­ gegen ist die Einschaltzeit der Heizkreise aufgrund der in die Rechnung miteinfließenden Spannung variabel. Im folgenden wird beschrieben, wie die Heizenergie (bzw. die Größen der Heizungsberechnung), die benötigt wird, um das Fahrzeug auf seine Solitemperatur aufzuheizen, berechnet wird.

Die Berechnung der erforderlichen Heizenergie erfolgt jeweils für einen Grundtakt t_Grund.. Der Grundtakt der Heizungsberech­ nung ergibt sich aus dem mittleren Haltestellenabstand und der mittleren Reisegeschwindigkeit. Er muß für jeden Einsatz­ ort entweder neu festgelegt werden oder über ein selbstler­ nendes Programm ermittelt werden. Die Variable t_Rest ist die Restzeit innerhalb des Grundtaktes. Sie wird zu Beginn des Grundtaktzyklus auf den festgelegten Wert t_Grund gesetzt. Die Restzeit wird pro Zeitintervall (z. B. pro Sekunde ) um eins heruntergezählt. Ist die Restzeit abgelaufen, so wird wieder der festgelegte Wert geladen.

Die erforderliche Heizenergie ist abhängig von der mittleren Heizleistung und von der Grundtaktzeit. Die mittlere Heizlei­ stung ist in der Kennlinie (Fig. 2) in Abhängigkeit der Außen­ temperatur aufgetragen. Liegt die Außentemperatur unterhalb der Abschalttemperatur T_{N aus}, so muß dem Fahrzeug Heizenergie zugeführt werden. Je niedriger die Außentemperatur, desto mehr Energie muß zugeführt werden. Ist die Außentemperatur kleiner als die minimale Außentemperatur, dann wird mit maxi­ maler Heizleistung geheizt, da die maximale Einschaltdauer der Heizgeräte nicht überschritten werden darf. Liegt die Außentemperatur oberhalb der Knickpunkttemperatur dann wird mit einer gleichbleibenden minimalen Heizleistung P_min bis zum Abschaltpunkt geheizt. Dadurch soll ein zu kurzes Ansteuern der Heizungsschütze aufgrund sehr kleiner Leistungswerte ver­ hindert werden.

Um die Kennlinie unabhängig von der Grundtaktzeit t_Grund zu halten, wurde die mittlere Heizleistung über der Außentempe­ ratur aufgetragen. Diese Leistung wird, multipliziert mit der Grundtaktzeit, zu Beginn jedes Grundtaktzyklus als zuzufüh­ rende Energie E_Kennl im zentralen Steuergerät abgespeichert. Im folgenden werden nur Energiewerte zur Berechnung verwen­ det.

Zu Anfang des Grundtaktes ist noch nicht bekannt, wann die nächste Netzbremse (generatorische Bremsung mit Rückspeisung in die Primärenergiequelle) erfolgt. Deshalb wird ebenfalls am Anfang des Grundtaktes die Zeit t_ZW in Sekunden ermittelt, die geheizt werden muß, wenn innerhalb dieses Grundtaktzyklus keine Bremsung erfolgt. In diesem Fall muß die Heizung mit Netzstrom betrieben werden. Dieses sogenannte Zwangsheizen wird eingesetzt, wenn die Restzeit t_Rest innerhalb des Grund­ taktes auf den berechneten Zeitwert abgelaufen ist, und die berechnete Energie den Heizgeräten noch nicht zugeführt wurde.

Erfolgt während des Grundtaktes eine Bremsphase (Fig. 7) und hat die zuzuführende Energie (ermittelt aus Kennlinie) einen positiven Wert, dann wird die Heizung während des Bremsens eingeschaltet. Zur Feststellung der verbrauchten Energie ver­ wendet man die Formel:

E_verbr. = U_mittel²/R × t_Heiz.

Der Widerstand der Heizstäbe ist konstant und aus den allge­ meinen Heizgerätedaten ersichtlich. Die Spannung wird pro Se­ kunde 10mal erfaßt und daraus der Mittelwert gebildet. Für jede Sekunde t_Heiz der Bremsphase wird der Mittelwert der Spannung aus der vorhergehenden Sekunde zur Berechnung ver­ wendet.

Ziel der getakteten Heizungssteuerung ist es, alle elektri­ schen Netzbremsphasen zum Heizen zu nutzen und damit die ge­ samte zuzuführende Energie sparsam einzusetzen. Wird in einem Grundtakt die komplette Energie beim Bremsen verbraucht, dann ist in diesem Zyklus kein Zwangsheizen mehr nötig (Fig. 3 oben). Im nächsten Taktzyklus wird die zuzuführende Energie wieder neu über die Kennlinie ermittelt (E_zu = E_kennl).

Bei Netzbremsphasen die kürzer als 3 s lang andauern, wird die Bremszeit softwaremäßig zur Auswertung in der Heizungssteue­ rung auf 3 s verlängert. Damit ist eine Mindesteinschaltzeit der Heizgeräte gewährleistet. Zusätzlich wird auf diese Weise auch die Schalthäufigkeit der Heizschütze innerhalb des Grundtaktes begrenzt. Diese Maßnahme begründet sich insbeson­ dere aufgrund des speziell bei Straßenbahnen vorkommenden "stop and go"-Verkehrs, der ein häufiges Anbremsen des Fahr­ zeuges mit sich bringt.

Reicht die Bremsphase nicht aus um den Heizgeräten ausrei­ chend Energie zuzuführen, dann muß die restliche Energie im Zwangsheizbetrieb zugeführt werden (Fig. 3 mitte und unten).

Das Zwangsheizen beginnt, wenn die Restzeit t_Rest kleiner oder gleich der berechneten Einschaltzeit ist. Dazu berechnet man die erforderliche Einschaltzeit, die sich aus der restlichen Heizenergie, und einer für die Zeit des Zwangsheizens fest vorgegebenen Referenzspannung nach der Formel

t_ZW = E_Rest × R/U_Zw²

ermitteln läßt.

Die Spannung U_ZW ist gleich der mittleren Spannung U_mittel zu Beginn des Zwangsheizens. Die Energie E_Rest erhält man aus der Differenz aus zuzuführender Energie und verbrauchter Energie;

E_Rest = E_Zu-E_verbr..

Die verbrauchte Energie wird wie beim Heizen mit Bremsstrom, abhängig vom aktuellen Spannungsmittelwert berechnet.

Bei Grundtaktende wird die Differenz aus ermittelter und ge­ samter verbrauchter Energie gebildet:

E_Rest = E_Kennl.-E_verbr..

Das Ergebnis kann sowohl negative, als auch positive Werte haben, weil die zugrunde liegende Spannung U_Zw bei der Be­ rechnung der Zwangstaktzeit einen festen Wert hat und der ak­ tuelle Spannungswert davon abweichen kann. Die so ermittelte Zwangsheizzeit entspricht deshalb nicht genau der Zeit, die geheizt werden müßte um die ganze zuzuführende Energie inner­ halb des Grundtaktes in Heizenergie umzusetzen. Der Diffe­ renzbetrag wird in den nächsten Zyklus übernommen und auf den Kennlinienwert addiert. Diese Energie stellt somit im näch­ sten Grundtaktzyklus die zuzuführende Energie dar:

E_zu = E_Kennl.+E_Rest.

Der getaktete Vorheizbetrieb (Fig. 1) wird bei aufgerüstetem Fahrzeug und bei Fahrtrichtungsschalter in Vorwärtsstellung eingeschaltet. Er erfolgt nach den gleichen Steuerungsprinzi­ pien wie der Normalheizbetrieb.

Der Unterschied der beiden Heizprogramme besteht in der Er­ mittlung der erforderlichen Heizenergie. Im Vorheizbetrieb soll das Fahrzeug in möglichst kurzer Zeit auf die geforderte Innentemperatur T_{V aus} aufgeheizt werden. Es wird unabhängig von der Leistungs-Außentemperaturkennlinie vorgeheizt. Die Ansteuerung der Heizgeräte erfolgt in Abhängigkeit der vorge­ gebenen Energie E_Vein. Diese Energie ist vom Betreiber vorein­ stellbar und darf die in der Heizungsberechnung festgelegte maximale Energie nicht überschreiten. Innerhalb des Grund­ taktzyklus wird diese Energie den Heizgeräten unter bevorzug­ ter Nutzung der Bremsenergie und Zwangsheizung zugeführt. Die Abarbeitung des Grundtaktes erfolgt wie beim Normalheizen.

Der zyklische Vorheizbetrieb (Fig. 1) wird zum Aufheizen von aufgerüsteten, abgestellten Fahrzeugen (Fahrtrichtungsschal­ ter in Nullstellung) eingesetzt. Dabei wird die Heizung bis zu dem oberen Temperaturgrenzwert T_{V aus} eingeschaltet. Als Vergleichswert wird nur die Innenraumtemperatur verwendet. Bei Überschreiten des Grenzwertes T_{V aus} wird der zyklische Vorheizbetrieb ausgeschaltet. Danach wird erst wieder einge­ schaltet, wenn die Temperatur unterhalb des unteren Hystere­ setemperaturwertes gesunken ist.

Die Einschaltung der Heizkreise erfolgt abhängig von der vom Betreiber eingestellten Zeitwerte für Einschaltdauer t_{V ein} und Versetzungszeit t_{V vers}. Diese Werte werden für jeden Heiz­ kreis einzeln angegeben (Fig. 4).

Die Zeit t_{V ein} gibt an, wie lange die Heizkreise eingeschal­ tet werden. Das Verhältnis Einschaltdauer zu Heizpause soll dabei unter der in der Heizungsberechnung angegebenen maxima­ len Einschaltzeit pro Heizzyklus liegen, damit die Heizgeräte nicht überlastet werden. Die Versetzungszeit t_{V vers} ist die Zeit, die zwischen der Einschaltung zweier, in der Zuschal­ tungsreihenfolge aufeinanderfolgender Heizkreise liegt. Wählt man die Versetzungszeit bei allen Heizkreisen gleich der Ein­ schaltdauer, dann fallen Einschaltvorgang und Ausschaltvor­ gang zweier Heizkreise zusammen und die Stromaufnahme wird gleichmäßiger.

Bei der Auslegung der einzelnen Einschalt- und Versetzungs­ zeiten muß darauf geachtet werden, daß das Verhältnis aus Heizphase und Heizpause eines Heizkreises kleiner oder gleich ist dem Verhältnis aus maximaler Einschaltzeit und Mindest­ pausenzeit, die für die Heizkreise festgelegt sind.

Berechnen läßt sich dieses Verhältnis mit folgenden Formeln:

Mit Hilfe der Einschaltdauer und der Versetzungszeit kann man einstellen, wie schnell das Fahrzeug aufgeheizt werden soll. Wählt man eine kleine Versetzungszeit und eine große Ein­ schaltdauer, dann wird das Fahrzeug schnell aufgewärmt, wobei von den Heizkreisen in Summe ein hoher Strom aufgenommen wird. Eine solche Einstellung ist für den getakteten Vorheiz­ betrieb zu empfehlen.

Grundsätzlich sollte bei der Auswahl der Versetzungszeiten darauf geachtet werden, daß die gesamte Energieaufnahme der zugeschalteten Heizkreise über die Zeit konstant ist. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß durch gleichzeitige Einschaltung von jeweils zwei Heizkreisen eine konstante Energieaufnahme ge­ währleistet wird.

Der Warmhaltebetrieb ist zyklisch und wird in abgestellten, nicht aufgerüsteten Fahrzeugen durchlaufen. Die zyklische Einschaltung der Heizkreise erfolgt entsprechend dem Vorheiz­ betrieb (Fig. 4). Dabei werden für den Warmhaltebetrieb eigene Werte für Abschalttemperatur T_{W aus} sowie für Einschaltzeit t_W ein und Versetzungszeit T_{W vers} der Heizkreise vom Benutzer festgelegt.

Es empfiehlt sich eine kürzere Einschaltzeit und eine längere Versetzungszeit je Heizkreis als beim Vorheizbetrieb zu wäh­ len, damit die Stromaufnahme der Heizkreise in Summe geringer und gleichmäßiger ist.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden von dem Ver­ fahren zur Steuerung wenigstens eines elektrischen Heizgerä­ tes folgende Parameter benutzt.

Als einstellbare Werte sind vorgesehen:
t_{W ein} Einschaltdauer bei Warmhaltebetrieb
t_{W vers} Versetzungszeit bei Warmhaltebetrieb
T_{W aus} Innentemperaturwert, bei dem der Warmhaltebetrieb abgeschaltet wird
E_{V ein} Energiewert für den Vorheizbetrieb
t_{V ein} Einschaltdauer bei zyklischem Vorheizbetrieb
t_{V vers} Versetzungszeit bei zyklischem Vorheizbetrieb
T_{V aus} Innentemperaturwert, bei dem der zyklische Vorheizbetrieb abgeschaltet wird oder der getaktete Vorheizbetrieb vom Normalheizbetrieb abgelöst wird
T_{N aus} Innentemperaturwert, bei dem der Normalheizbetrieb abgeschaltet wird
t_Grund Dauer eines Grundtaktes
t_{nach L} Lüfternachlaufzeit
T_amin Einstellpunkt für die minimale Außentemperatur
T_amax Einstellpunkt für die maximale Außentemperatur (= Abschalttemperatur)

Hierbei ergeben sich folgende dynamische Werte:
T_innen Ermittelter Wert für die Innenraumtemperatur
T_außen Ermittelter Wert für die Außentemperatur
U_mittel Mittelwert der Spannung, z. B. gebildet aus den zehn Spannungswerten des letzten Zeitintervalls (z. B. Sekunde)
U_Zw Spannung, die zur Berechnung der Heizzeit für Zwangsheizen zugrunde gelegt wird
P_kennl Mittlere Heizleistung, die man jeweils zu Beginn des Grundtaktes aus der Leistungs-Außentemperatur-Kenn­ linie ermittelt
E_kennl Energie, die aus der mittleren Leistung (ermittelt aus Kennlinie) und der Grundtaktzeit berechnet wird (E_kennl = P_kennl·t_Grund)
E_verbr verbrauchte Energie innerhalb eines Grundtaktes
E_zu zuzuführende Energie, die sich aus der Summe von E_kennl und der im letzten Grundtakt nicht verbrauch­ ten Restenergie ergibt
E_rest Energie, die sich aus der Differenz von zuzuführen­ der Energie und verbrauchter Energie ergibt
t_rest Restzeit innerhalb eines Grundtaktes
t_Heiz Heizzeit zur Berechnung der verbrauchten Energie (= Taktfrequenz 1 s)
t_Zw Zeit, die am Ende eines Grundtaktes geheizt werden muß, um die vorgegebene Energie vollständig abzu­ heizen (Zwangsheizen)

Als feste Werte liegen folgende physikalische Daten vor:
R Widerstand der Heizgeräte
t_{ein max}/t_{pause min} Verhältnis aus maximaler Einschaltzeit und Mindestpausenzeit gemäß Angabe Heizungsbe­ rechnung
T_Knick Knickpunkttemperatur ab der mit Mindestheizleistung geheizt wird
P_min Mindestheizleistung im unteren Knickbereich der Kennlinie
P_max Maximale Heizleistung bei minimaler Außen­ temperatur

Das beschriebene Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bezieht sich auf Umluftheizgeräte. Das erläuterte Verfahren ist jedoch genausogut auch zur Steuerung von Frischluftheizgeräten einsetzbar. In diesem Fall muß zusätz­ lich noch die Innen- und die Einblastemperatur berücksichtigt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung wenigstens eines elektrischen Heizgerätes in einem Fahrzeug mit zumindest einem elektri­ schen Fahrmotor, der von einer Primärenergiequelle versorgt wird und der als Generator umschaltbar ist, wobei das Verfah­ ren folgende Schritte umfaßt:

• - aus den Fahrzeugeigenschaften wird in Abhängigkeit von der Außentemperatur die für eine vorgebbare Raumtemperatur innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls notwendige elektrische Heizenergie berechnet,
• - aus den elektrischen Werten (I, U) der generatorischen Bremsung und/oder der Primärenergiequelle wird die aktuelle elektrische Heizenergie berechnet, wobei
• - die aktuelle elektrische Heizenergie vom elektrischen Fahrmotor aufgebracht und/oder aus der Primärenergiequelle aufgenommen wird, und
• - die aktuelle elektrische Heizenergie wird von der im vor­ gegebenen Zeitintervall notwendigen elektrischen Heizener­ gie abgezogen,
• - wobei dieser Vorgang solange wiederholt wird, bis die not­ wendige elektrische Heizenergie aufgebracht oder das Ende des Zeitintervalls erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem längeren Stillstand des Fahrzeuges bei wenig­ stens zwei Heizgeräten diese in einer vorgebbaren zeitlichen Abfolge einzeln oder zeitlich überlappend aus der Primärener­ giequelle versorgt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert einer fehlenden notwendigen elektrischen Heiz­ energie auf das nächste Zeitintervall übertragen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrischer Wert für die Berechnung der aktuellen elektrischen Heizenergie die bei der generatorischen Bremsung für die Rückspeisung in die Primärenergiequelle anliegende Spannung (U) und/oder die Spannung (U) der Primärenergie­ quelle dient.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrischer Wert für die Berechnung der aktuellen elektrischen Heizenergie der bei der generatorischen Bremsung in das elektrische Heizgerät fließende Strom (I) und/oder der von der Primärenergiequelle in das elektrische Heizgerät fließende Strom (I) dient.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle elektrische Heizenergie gemäß der Beziehung E ∝ U²/Rberechnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle elektrische Heizenergie gemäß der Beziehung E ∝ U·Iberechnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle elektrische Heizenergie gemäß der Beziehung E ∝ R·I²berechnet wird.