DE19642442C5

DE19642442C5 - Heating system for motor vehicles

Info

Publication number: DE19642442C5
Application number: DE1996142442
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Beetz; Franz Bohlender; Hans-Peter Dipl.-Ing.(FH) Feustel
Original assignee: Alcatel SEL AG; DBK David and Baader GmbH
Current assignee: DBK David and Baader GmbH
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2016-10-16
Also published as: DE19642442C2; DE19642442A1

Abstract

Heizsystem für Kraftfahrzeuge, wobei
– das Heizsystem einen Regelkreis (RK) aus einer Heizung (2) als Regelstrecke und einer Regeleinrichtung (1) bildet,
– die Heizung (2) aus mindestens einer, jeweils mindestens einen Heizwiderstand als heizelement aufweisenden Heizstufe (21, 22, 23) besteht, deren Heizleistung über den Heizstrom durch die mindestens eine Heizstufe (21, 22, 23) oder über die Heizspannung an der mindestens einen Heizstufe (21, 22, 23) geregelt ist,
– die Regeleinrichtug (1) mindestens einen Linerregler (11, 12, 13) aufweist,
– die Heizung (2) mit der Leistungs-Halbleiterbauelemente enthaltenden Regeleinrichtung (1) derart in einem Gehäuse (4) integriert ist, daß die Verlustleistung der Regeleinrichtung (1) zum Heizen mitverwendet wird. Heating system for motor vehicles, wherein
- The heating system forms a control loop (RK) from a heater (2) as a controlled system and a control device (1),
- The heater (2) consists of at least one heating element (21, 22, 23) each having at least one heating resistor as heating element whose heat output through the heating current through the at least one heating stage (21, 22, 23) or via the heating voltage at the at least one heating stage (21, 22, 23) is regulated,
- The Regeleinrichtug (1) at least one liner regulator (11, 12, 13),
- The heater (2) with the power semiconductor devices containing control device (1) is integrated in a housing (4) such that the power loss of the control device (1) is used for heating.

Description

Heizsysteme werden in Kraftfahrzeugen für unterschiedliche Anwendungszwecke benötigt, bsp. zur Temperierung (Erwärmung) des Raumluft, zur Vorheizung des Kühlwassers bei wassergekühlten Motoren, zur Erwärmung von Kraftstoff (Diesel) etc.heating systems be in vehicles for different Uses needed, bsp. for temperature control (heating) air in the room, for preheating the cooling water in water-cooled engines, for warming of fuel (diesel) etc.

Üblicherweise bestehen derartige Heizsysteme aus einer Heizung mit mindestens einer Heizstufe, die jeweils mindestens ein (bsp. als Heizwiderstand ausgebildetes) Heizelement zur Erzeugung einer bestimmten Heizleistung aufweisen sowie aus einer Kontrolleinheit zur Überwachung des zeitlichen Ablaufs und zur Vorgabe der Heizleistung; Heizung und Kontrolleinheit sind als getrennte Module (Funktionseinheiten) ausgebildet und an verschiedenen Stellen innerhalb des Kraftfahrzeugs angeordnet.Usually such heating systems consist of a heater with at least a heating stage, each with at least one (eg as a heating resistor trained) heating element for generating a certain heating power and from a control unit for monitoring the time sequence and for the specification of the heating power; Heating and control unit are designed as separate modules (functional units) and at different locations arranged inside the motor vehicle.

Aus der DE 43 45 056 A1 ist ein derartiges als Fahrzugheizgerät mit Steuergerät ausgebildetes Heizsystem bekannt, bei dem die Heizleistung durch Verbrennung von Brennstoff in einer Brennkammer erzeugt wird. Die Temperatur des sich im Wärmekreislauf befindlichen Wassers wird mittels eines Temperaturfühlers erfaßt und durch das Steuergerät ausgewertet, indem mittels einer Zwei-Punkt-Steuerung die Heizung beim Erreichen einer oberen Temperaturschwelle ausgeschaltet und beim Erreichen einer unteren Temperaturschwelle wieder eingeschaltet wird. Nachteilig hierbei ist, daß zum einen eine Vielzahl von Verbindungsleitungen zwischen Heizung und Steuergerät (Kontrolleinheit) erforderlich ist (verbunden mit Platzbedarf, Kosten, EMV-Problematik) und daß zum andern die im Steuergerät (in der Kontrolleinheit) entstehende Verlustleistung extra abgeführt werden muß.From the DE 43 45 056 A1 is such a trained as Fahrzugheizgerät with control unit heating system, in which the heating power is generated by combustion of fuel in a combustion chamber. The temperature of the water in the heat cycle is detected by means of a temperature sensor and evaluated by the controller by the heater is turned off when reaching an upper temperature threshold by means of a two-point control and turned on again when reaching a lower temperature threshold. The disadvantage here is that, on the one hand, a large number of connecting lines between heating and control unit (control unit) is required (connected with space requirements, costs, EMC problems) and that on the other hand, the power loss in the control unit (in the control unit) must be dissipated extra.

In der DE 34 47 182 C2 wird eine Heizung für den Fahrgastraum in Kraftfarzeugen beschrieben, bei der ein als Zusatzheizgerät ausgebildeter elektrischer Heizkörper mittels einer Zwei-Punkt-Steuerung gesteuert wird – d. h. der Heizkörper wird bei einer vorbestimmten Endtemperatur ausgeschaltet und beim Unterschreiten einer bestimmten Grenztemperatur eingeschaltet.In the DE 34 47 182 C2 a heater for the passenger compartment is described in Kraftfarzeugen, in which an auxiliary heater designed as an electric radiator is controlled by a two-point control - ie the radiator is turned off at a predetermined end temperature and turned on when it falls below a certain limit temperature.

Der elektrische Heizkörper ist hierbei als Durchlauferhitzer mit Leitern aus elementarem, hochreinem, dotiertem Silizium ausgebildet.Of the electric radiators is here as a water heater with ladders made of elementary, high-purity, formed doped silicon.

Aus der EP 0 567 402 A1 ist eine Heizungs-Lüftungsanordnung für Kraftfahrzeuge bekannt, die eine bsp. mittels PTC-Widerständen realisierte elektrische Heizung für die Raumluft des Kraftfahrzeugs aufweist.From the EP 0 567 402 A1 is a heating ventilation arrangement for motor vehicles is known, the one bsp. having realized by means of PTC resistors electric heating for the room air of the motor vehicle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizsystem für Kraftfahrzeuge anzugeben, das einen einfachen kompakten Aufbau besitzt und vorteilhafte Eigenschaften insbesondere hinsichtlich Störungsfreiheit und Funktionsweise aufweist.Of the Invention is based on the object, a heating system for motor vehicles which has a simple compact construction and advantageous Characteristics in particular with regard to fault-free operation and mode of operation having.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.These The object is achieved by the Characteristics of claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Heizsystems sind Bestandteil der weiteren Patentansprüche.advantageous Further developments of the heating system are part of the other claims.

Beim vorgestellten Heizsystem ist die mindestens eine Heizstufe aufweisende Heizung als Regelstrecke eines Regelkreises ausgebildet, die zusammen mit der Regeleinrichtung des Regelkreises in ein gemeinsames Gehäuse integriert wird. Bei diesem Regelkreis soll die Heizleistung der Heizung (d. h. der Heizstufe/n) als Regelgröße geregelt werden; jedoch wird anstelle der eigentlichen Regelgröße Heizleistung oftmals vorzugsweise eine die Heizleistung bestimmende Größe als tatsächliche Regelgröße herangezogen, d. h. es wird entweder der Strom durch die Heizstufe/n bzw. die Heizelemente (der Heizstrom) oder die Spannung an der/n Heizstufen bzw. den Heizelementen (die Heizspannung) geregelt Bei diesem (beispielsweise spannungsgesteuerten) Regelkreis wird der Sollwert der die Heizleistung bestimmenden Große (beispielsweise die Heizspannung) vorgegeben, dieser Sollwert mit dem Istwert der die Heizleistung bestimmenden Größe (beispielsweise die Heizspannung) verglichen, und Abweichungen zwischen Sollwert und Istwert (die Regelabweichung bzw. Regeldifferenz) selbsttätig durch Rückkopplung innerhalb des Regelkreises minimiert.At the featured heating system is having at least one heating stage Heating is designed as a controlled system of a control loop, the together integrated with the control device of the control loop in a common housing becomes. In this control loop, the heating power of the heater (i.e. the heat level / n) regulated as a controlled variable become; however, instead of the actual controlled variable heating power often preferably a heat-determining size as actual Controlled variable used, d. H. it is either the current through the heating stage / s or the Heating elements (the heating current) or the voltage at the heating stages or the heating elements (the heating voltage) regulated in this (for example voltage-controlled) control circuit is the setpoint of the heating power determining Size (For example, the heating voltage) given, this setpoint with the actual value of the heating power determining quantity (for example, the heating voltage) compared, and deviations between setpoint and actual value (the Control deviation or control difference) automatically by feedback within the control loop minimized.

Als Regeleinrichtung wird mindestens ein Linearregler eingesetzt; derartige Linearregler (stetige Regler) besitzen in ihrem Regelverlauf keine Unstetigkeiten (im Gegensatz zu einem geschalteten Regler). Beim Einsatz mehrerer Linearregler werden diese derart kaskadiert parallelgeschaltet, daß immer nur jeweils einer der Linearregler im Linearbetrieb betrieben wird und somit das Regelverhalten bestimmt.When Control device at least one linear regulator is used; such Linear regulators (continuous regulators) do not have any in their control process Discontinuities (as opposed to a switched controller). At the Using several linear regulators, these are connected in parallel in such a cascaded manner, that only ever each one of the linear regulator is operated in linear mode and thus determines the control behavior.

Der Sollwert der Regelgröße Heizleistung bzw. der die Heizleistung bestimmenden Größe kann entweder mittels einer Führungsgröße variiert werden, die bsp. mittels eines dem Regelkreis zugeführten externen Eingangssignals generiert wird oder aber mittels eines (bsp. im Regelkreis erzeugten) direkten Steuersignals für die Heizleistung bzw. für die die Heizleistung bestimmende Größe.Of the Setpoint of the controlled variable heating power or the heating power determining size can either by means of a Reference variable varies be, the bsp. by means of an external circuit supplied to the control circuit Input signal is generated or by means of a (eg Control generated) direct control signal for the heating power or for the Heating power determining size.

Die die Regelgröße Heizleistung bzw. die die Heizleistung bestimmende Größe erzeugenden Heizelemente der Heizstufe/n der Heizung (Regelstrecke) sind als Heizwiderstände ausgebildet.The the controlled variable heating power or the heating power determining size generating heating elements the heating stage (s) of the heating system (controlled system) are designed as heating resistors.

Vorzugsweise sind die Halbleiterbauelemente der Regeleinrichtung, insbesondere deren Leistungstransistoren, zur Reduzierung des thermischen Widerstands auf einem gemeinsamen Trägerkörper mit hoher Wärmeleitfähigkeit (bsp. auf einer Kupferplatte) aufgebracht.Preferably, the semiconductor components of the control device, in particular their power transistors, for reducing the thermal resistance on a common carrier body applied with high thermal conductivity (eg on a copper plate).

Das Heizsystem kann zur Beheizung von an einen Kreislauf gebundenen Medien, d. h. der in einem Wärmekreislauf und/oder in einem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs befindlichen Medien (bsp. Wasser, Luft, Öl etc.) verwendet werden (bsp. für die Kühlwasserbeheizung des Kraftfahrzeugs); alternativ auch zur Beheizung von nicht an einen Kreislauf gebundenen Medien (bsp. für die Innenraumbeheizung des Kraftfahrzeugs).The Heating system can be used to heat from a circuit Media, d. H. in a thermal cycle and / or in a cooling circuit of Motor vehicle located media (eg water, air, oil, etc.) used (for example for the cooling water heating the motor vehicle); alternatively not for heating a circulation bound media (eg for the interior heating of the Motor vehicle).

Das vorgestellte Heizsystem vereinigt mehrere Vorteile in sich:
Durch die Integration des Regelkreises aus Regeleinrichtung (Linearregler) und Regelstrecke (Heizung aus Heizstufe/n mit Heizelementen) in einem Gehäuse

– ist das Heizsystem als kompakte funktionsfähige Einheit realisierbar,
– ist keine Abstimmung zwischen der Heizung und einer Kontrolleinheit erforderlich,
– besteht nur ein geringer Aufwand für externe Anschlüsse, die Heizelemente der Heizstufe/n müssen seitens des Anwenders nicht mehr angeschlossen werden,
– wird die Verlustleistung (der Halbleiterbauelemente) der Regeleinrichtung zum Heizen mitverwendet, wodurch man außerdem einen linearen Zusammenhang zwischen dem Heizstrom und der Heizleistung erhält.

The presented heating system combines several advantages:
By integrating the control loop from the control device (linear regulator) and the controlled system (heating from heating stage / s with heating elements) in one housing

- Is the heating system as a compact functional unit feasible,
- no coordination between the heating and a control unit is required,
There is only a small expenditure for external connections, the heating elements of the heating stage / s no longer need to be connected by the user,
- The power loss (the semiconductor devices) of the control device is used for heating, which also gives a linear relationship between the heating current and the heating power.

Durch die Realisierung der Regeleinrichtung mittels eines Linearreglers oder mittels mehrerer (parallelgeschalteter) Linearregler, von denen jeweils nur einer im Linearbetrieb betrieben wird

– werden Schaltvorgänge vermieden und demzufolge auch die durch Schaltvorgänge bedingten Störungen der Regelung (Auftreten von Totbereichen, Überlappungen, Hysteresen, undefinierten Zuständen etc.),
– werden EMV-Störungen weitgehend vermieden, so daß keine kostenintensiven Bauelemente zur Beseitigung der EMV-Problematik benötigt werden.

By the realization of the control device by means of a linear regulator or by means of several (parallel-connected) linear regulator, of which only one is operated in linear operation

Switching operations are avoided and consequently also the switching-related disturbances of the control (occurrence of dead zones, overlaps, hystereses, undefined states, etc.),
- EMC interference is largely avoided, so that no costly components to eliminate the EMC problem are needed.

Durch den Aufbau der Halbleiterbauelemente der Regeleinrichtung auf einem gemeinsamen Trägerkörper mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist eine Reduzierung des thermischen Widerstands der Halbleiterbauelemente der Regeleinrichtung (beispielsweise der Linearregler) und damit der Temperaturbelastung der Halbleiterbauelemente der Regeleinrichtung gegeben.By the structure of the semiconductor devices of the control device on a common carrier body with high thermal conductivity is a reduction of the thermal resistance of the semiconductor devices the control device (for example, the linear regulator) and thus the temperature load of the semiconductor devices of the control device given.

Im folgenden ist das erfindungsgemäße Heizsystem für das Ausführungsbeispiel der Kühlwasserbeheizung eines Kraftfahrzeugs im Zusammenhang mit der Zeichnung (1 bis 5) beschrieben. Es zeigen:In the following, the heating system according to the invention for the embodiment of the cooling water heating of a motor vehicle in connection with the drawing ( 1 to 5 ). Show it:

1 ein Prinzipschaltbild des Regelkreises, 1 a schematic diagram of the control loop,

2 ein Ausführungsbeispiel des Regelkreises, 2 an embodiment of the control loop,

3 eine perspektivische Ansicht des Heizsystems, 3 a perspective view of the heating system,

4 eine Schnittzeichnung des in einen Kühlkreislauf (bsp. den Kühlwasserkreislauf) des Kraftfahrzeugs integrierten Heizsystems, und 4 a sectional view of the integrated in a cooling circuit (eg., The cooling water circuit) of the motor vehicle heating system, and

5 eine Anordnung der Halbleiterbauelemente der Regeleinrichtung. 5 an arrangement of the semiconductor components of the control device.

Die Heizleistung der Heizelemente des Heizsystems soll für die Kühlwasserbeheizung (Vorheizung des Kühlwassers) sowohl dynamisch aus auch statisch mit minimalen Fehler eingestellt bzw. vorgegeben werden.The Heating power of the heating elements of the heating system is intended for the cooling water heating (Preheating the cooling water) both dynamically off and also statically set with minimal error or be specified.

Gemäß 1 wird hierzu innerhalb des spannungsgesteuerten Regelkreises RK aus Regeleinrichtung 1, Regelstrecke 2 (Heizung aus mindestens einer Heizstufe mit jeweils mindestens einem Heizelement) und Sollwerteinsteller 31 die Heizleistung als Regelgröße RG mittels der Stellgröße SG Spannungsabfall an der Heizung 2 (Heizspannung) geregelt. Hierzu wird über den beispielsweise mittels des Steuersignals SS aktivierbaren/deaktivierbaren Sollwerteinsteller 31 (bsp. mittels eines externen Steuersignals GS) eine Führungsgröße FG erzeugt und diese als Sollwertvorgabe der Regelgröße RG dem Vergleicher 32 zugeführt; vom Vergleicher 32 wird diese Sollwertvorgabe der Regelgröße RG mit dem (rückgeführten) Istwert der Regelgröße RG verglichen und anhand dieses Vergleichs die Regeldifferenz RD bzw. die Regelabweichung gebildet. Diese Regeldifferenz RD bzw. Regelabweichung wird der Regeleinrichtung 1 (bsp. mindestens ein Linearregler) zugeführt wird der Regeleinrichtung 1 (bsp. mindestens ein Linearregler) zugeführt und von dieser die Stellgröße SG Heizspannung generiert. Mittels der Stellgröße SG wird die Regelstrecke 2 (Heizung) beaufschlagt und hierdurch von der Heizung 2 (den Heizstufen bzw. den Heizelementen der Heizstufen) eine bestimmte Heizleistung als (Istwert der) Regelgröße RG erzeugt. Die Heizleistung als Regelgröße RG wird zum einem am Ausgang des Regelkreises RK als Ausgangssignal AS ausgegeben (dem Kühlwasserkreislauf des Kraftfahrzeugs zugeführt) und hierdurch eine Heizung des Kühlwassers vorgenommen und zum andern in der Rückkopplungsschleife des Regelkreises RK dem Vergleicher 32 als Istwert zugeführt.According to 1 is this within the voltage-controlled control loop RK from control device 1 , Controlled system 2 (Heating from at least one heating stage, each with at least one heating element) and setpoint adjuster 31 the heat output as control variable RG by means of the manipulated variable SG voltage drop at the heater 2 (Heating voltage) regulated. For this purpose, the setpoint adjuster which can be activated / deactivated, for example by means of the control signal SS, is used 31 (Ex. By means of an external control signal GS) generates a reference variable FG and this as setpoint input of the controlled variable RG the comparator 32 supplied; from the comparator 32 This setpoint specification of the controlled variable RG is compared with the (recirculated) actual value of the controlled variable RG and based on this comparison, the control difference RD or the control deviation is formed. This control difference RD or control deviation is the control device 1 (Eg at least one linear regulator) is supplied to the control device 1 (Ex. At least one linear regulator) supplied and generated by this the manipulated variable SG heating voltage. By means of the manipulated variable SG is the controlled system 2 (Heating) and thereby from the heater 2 (the heating stages or the heating elements of the heating stages) generates a specific heating power as (actual value of) controlled variable RG. The heating power as a controlled variable RG is the one output at the output of the control circuit RK output signal AS (the cooling water circuit of the motor vehicle supplied) and thereby made a heating of the cooling water and the other in the feedback loop of the control loop RK the comparator 32 fed as actual value.

Anstelle der eigentlichen Regelgröße RG Heizleistung wird aus Gründen der Einfachheit als Regelgröße RG eine der beiden die Heizleistung bestimmende Größe verwendet, d. h. entweder der Strom durch die Heizung 2 bzw. die Heizstufen (Heizstrom) oder der Spannungsabfall an der Heizung 2 bzw. den Heizstufen (Heizspannung); wird beispielsweise die Heizspannung als Regelgröße RG verwendet, so ist in diesem Falle die Regelgröße RG mit der Stellgröße SG identisch.Instead of the actual controlled variable RG Heating power is used for reasons of simplicity as a controlled variable RG one of the two heating power determining size, ie either the current through the heater 2 or the heat levels (heating current) or the voltage drop across the heater 2 or the heating stages (heating voltage); If, for example, the heating voltage is used as controlled variable RG, in this case the controlled variable RG is identical to the manipulated variable SG.

Gemäß 2 ist die Heizung 2 mittels dreier parallelgeschalteter, jeweils ein Heizelement aufweisenden Heizstufen 21, 22, 23 realisiert; die Heizelemente der Heizstufen 21, 22, 23 sind bsp. als Heizwiderstände ausgebildet und zwischen Versorgungsspannung V_S (bsp. + 12 V) und Bezugspotential GND geschaltet. Die Regeleinrichtung 1 ist mittels dreier parallelgeschalteter Linearregler 11, 12, 13 realisiert, wobei jede Heizstufe 21, 22, 23 bzw. jedes Heizelement mit dem Ausgang eines Linearreglers 11, 12, 13 verbunden ist und so mit einer bestimmten Stellgröße SG (SG1, SG2, SG3) als Spannungsabfall an der Heizstufe 21, 22, 23 bzw. dem Heizelement (Heizspannung) beaufschlagt wird. Die Heizleistung bzw. die Heizspannung als rückgeführte Regelgröße RG (RG1, RG2, RG3) wird dem Vergleicher 32 aus drei Vergleichselementen 321, 322, 323 zugeführt, wobei jedem Linearregler 11, 12, 13 ein Vergleichselement 321, 322, 323 zugeordnet ist; die Vergleichselemente 321, 322, 323 sind so ausgebildet, daß jeder Linearregler 11, 12, 13 mit einer bestimmten Regeldifferenz RD1, RD2, RD3 derart beaufschlagt wird, daß jeder Linearregler 11, 12, 13 einen anderen Regelbereich aufweist (es wird nur jeweils einer der Linearregler 11, 12, 13 im Linearbetrieb betrieben) und hierdurch eine kontinuierliche Regelung der Heizleistung ohne Totbereiche, Überlappungen oder Unstetigkeiten (Hysterese, Sprungstellen) im Regelverlauf erfolgt. Die die Sollwertvorgabe bestimmende Führungsgröße FG wird mittels des Sollwerteinstellers 31 bsp. in Abhängigkeit des Auslastungsgrads des Generators des Kraftfahrzeugs generiert; bsp. wird die Führungsgröße FG und damit die Sollwertvorgabe für die Heizleistung in Abhängigkeit der vom Generator noch zur Verfügung stellbaren Ausgangsleistung mittels eines extern zugeführten Gerteratorsignals GS variiert – bsp. wird die Heizleistung so geregelt, daß der Generator kurz vor seinem Leistungsmaximum betrieben wird (bsp. bei 95% der maximalen Leistung). Mittels eines dem Sollwerteinsteller 31 zugeführten Steuersignals SS wird der Regelkreis RK freigegeben oder gesperrt (die Regelung aktiviert oder deaktiviert). Da die als Heizelemente verwendeten Heizwiderstände der Heizstufen 21, 22, 23 gegen Bezugspotential GND (Masse) geschaltet sind und die über diesen Heizwiderständen abfallende Spannung (die Heizspannung) als Stellgröße verwendet wird, sind keine Strommeßwiderstände erforderlich; weiterhin ist die Regelung auch unempfindlich gegenüber Toleranzen der Widerstandswerte, der Regelkreis RK kann somit ohne Abgleich auch mit hochohmigen Heizwiderständen der Heizstufen 21, 22, 23 und mit unterschiedlichen Widerstandswerten der Heizwiderstände der Heizstufen 21, 22, 23 realisiert werden.According to 2 is the heating 2 by means of three parallel-connected, each having a heating element heating stages 21 . 22 . 23 realized; the heating elements of the heating stages 21 . 22 . 23 are bsp. designed as heating resistors and connected between supply voltage V _S (bsp. + 12 V) and reference potential GND. The control device 1 is by means of three parallel-connected linear regulators 11 . 12 . 13 realized, with each heating stage 21 . 22 . 23 or each heating element with the output of a linear regulator 11 . 12 . 13 is connected and so with a specific manipulated variable SG (SG1, SG2, SG3) as a voltage drop at the heating stage 21 . 22 . 23 or the heating element (heating voltage) is applied. The heating power or the heating voltage as recirculated controlled variable RG (RG1, RG2, RG3) is the comparator 32 from three predicates 321 . 322 . 323 fed to each linear regulator 11 . 12 . 13 a predicate 321 . 322 . 323 assigned; the predicates 321 . 322 . 323 are designed so that each linear regulator 11 . 12 . 13 with a certain control difference RD1, RD2, RD3 is applied in such a way that each linear controller 11 . 12 . 13 has a different control range (it is only one of the linear regulator 11 . 12 . 13 operated in linear operation) and thus a continuous control of the heating power without dead zones, overlaps or discontinuities (hysteresis, jump points) takes place in the course of the rule. The command value FG determining the target value specification is set by means of the setpoint adjuster 31 bsp. generated as a function of the degree of utilization of the generator of the motor vehicle; bsp. is the reference variable FG and thus the setpoint specification for the heating power in dependence of the generator still available adjustable output power by means of an externally supplied Gerteratorsignals GS varies - Ex. The heating power is controlled so that the generator is operated shortly before its maximum power (for example, at 95% of the maximum power). By means of a setpoint adjuster 31 supplied control signal SS, the control loop RK is enabled or disabled (the control is activated or deactivated). Since the heating elements used as heating elements of the heating stages 21 . 22 . 23 are connected to reference potential GND (ground) and the voltage dropping across these heating resistors (the heating voltage) is used as a manipulated variable, no current measuring resistors are required; Furthermore, the control is also insensitive to tolerances of the resistance values, the control circuit RK can thus also without compensation with high-resistance heating resistors of the heating stages 21 . 22 . 23 and with different resistance values of the heating resistors of the heating stages 21 . 22 . 23 will be realized.

Gemäß 3 mit einer perspektivischen Darstellung des Heizsystems ist der Regelkreis RK aus (der nicht sichtbaren) Regeleinrichtung 1 und der Heizung 2 (Heizstufen 21, 22, 23) in einem Gehäuse 4 integriert. Die Rippen 53 dienen zur Vergrößerung der Oberfläche an der Stelle, wo die Verlustleistung der Leistungs-Halbleiterbauelemente der Regeleinrichtung 1 entsteht und damit zur Erhöhung der Heizwirkung. Der Anschluß des Regelkreises RK für das Bezugspotential GND (der Masseanschluß) kann über das Gehäuse 4 geführt werden, so daß außer den Signalleitungen nur der Anschluß für die Versorgungsspannung Vs vorgesehen werden muß.According to 3 with a perspective view of the heating system of the control loop RK is off (the non-visible) control device 1 and the heater 2 (heat settings 21 . 22 . 23 ) in a housing 4 integrated. Ribs 53 serve to increase the surface area at the point where the power dissipation of the power semiconductor devices of the control device 1 arises and thus to increase the heating effect. The connection of the control circuit RK for the reference potential GND (the ground terminal) can via the housing 4 be guided so that except the signal lines only the connection for the supply voltage Vs must be provided.

Gemäß 4 ist das Gehäuse 4 des Heizsystems zur definierten Vorheizung des (Kühl)Mediums 52 des Kühlkreislaufs 5 eines (bsp. wassergekühlten) Kraftfahrzeugs derart in der Aufnahmevorrichtung 51 des Kühlkreislaufs 5 angeordnet, daß die Heizung 2 mit den Heizstufen 21, 22, 23 bzw. Heizelementen ins Kühlmedium 52 (bsp. Wasser) eintaucht und somit vom Kühlmedium 52 umströmt wird. Das Gehäuse 4 weist ein Anschlußteil 45 für Signalleitungen auf, mittels dem dem Heizsystem externe Signale zugeführt werden können (bsp. das Steuersignal SS oder das Generatorsignal GS) oder vom Heizsystem Ausgangssignale zur Verfügung gestellt werden. Die Halbleiterbauelemente der Regeleinrichtung 1 (bsp. der Linearregler 11, 12, 13), insbesondere die Leistungs-Halbleiterbauelemente (bsp. Leistungstransistoren) sind auf einem gemeinsamen gut wärmeleitenden Trägerkörper 42 (bsp. eine Kupferplatte) aufgebracht, der oberhalb der Rippen 53 angeordnet ist; die Verbindung zwischen (den Halbleiterbauelementen) der Regeleinrichtung 1 und (den Heizelementen 21, 22, 23) der Heizstufe 2 erfolgt mittels mindestens einer Kontaktverbindung 24.According to 4 is the case 4 of the heating system for defined preheating of the (cooling) medium 52 of the cooling circuit 5 a (eg water-cooled) motor vehicle in such a way in the receiving device 51 of the cooling circuit 5 arranged that the heater 2 with the heat levels 21 . 22 . 23 or heating elements in the cooling medium 52 (eg water) and thus from the cooling medium 52 is flowed around. The housing 4 has a connection part 45 for signal lines, by means of which external signals can be supplied to the heating system (for example the control signal SS or the generator signal GS) or output signals are provided by the heating system. The semiconductor components of the control device 1 (Eg the linear regulator 11 . 12 . 13 ), in particular the power semiconductor components (eg power transistors) are on a common good heat-conducting carrier body 42 (Ex., A copper plate) applied, the above the ribs 53 is arranged; the connection between (the semiconductor devices) of the control device 1 and (heating elements 21 . 22 . 23 ) of the heating stage 2 takes place by means of at least one contact connection 24 ,

Da die Heizelemente der Heizstufen 21, 22, 23 (die Heizwiderstände) gegen Bezugspotential GND (Masse) geschaltet sind und die Gehäuse der Leistungs-Halbleiterbauelemente (bsp. der Leistungstransistoren) der Regeleinrichtung 1 somit alle auf gleichem Potential (Versorgungsspannung V_S) liegen, können die Halbleiterbauelemente der Regeleinrichtung 1 auf einen gemeinsamen Trägerkörper 42 aufgebracht werden. Gemäß 5 ist dieser gemeinsame Trägerkörper 42 auf dem Gehäuse 4 (oberhalb der Rippen 53) angeordnet; zwischen Trägerkörper 42 und Gehäuse 4 ist eine Isolationsschicht 43 zur elektrischen Isolation von Trägerkörper 42 und Gehäuse 4 vorgesehen. Da immer nur jeweils einer der Linearregler 11, 12, 13 im Linearbetrieb betrieben wird (und daher nur bei diesem Linearregler eine große Verlustleistung entsteht), die jeweils anderen Linearregler 11, 12, 13 dagegen entweder deaktiviert sind (keine Verlustleistung) oder im Sättigungsbetrieb betrieben werden (verbunden mit einer geringen Verlustleistung), wird durch den gemeinsamen Trägerkörper 42 der wirksame thermische Widerstand für den jeweiligen Linearregler 11, 12, 13 im Linearbetrieb entsprechend der Anzahl der vorgesehenen Linearregler 11, 12, 13 der Regeleinrichtung 1 und damit die Temperaturbelastung der Halbleiterbauelemente (insbesondere der Leistungstransistoren) der Regeleinrichtung 1 reduziert.Since the heating elements of the heating stages 21 . 22 . 23 (the heating resistors) are connected to reference potential GND (ground) and the housing of the power semiconductor devices (eg the power transistors) of the control device 1 Thus, all at the same potential (supply voltage V _S ) are, the semiconductor devices of the control device 1 on a common carrier body 42 be applied. According to 5 is this common carrier body 42 on the case 4 (above the ribs 53 ) arranged; between carrier body 42 and housing 4 is an insulation layer 43 for electrical insulation of carrier body 42 and housing 4 intended. As always only one of the linear controller 11 . 12 . 13 is operated in linear operation (and therefore only with this linear regulator, a large power loss occurs), the ever because other linear regulator 11 . 12 . 13 On the other hand, either are deactivated (no power loss) or operated in saturation mode (combined with a low power loss), by the common carrier body 42 the effective thermal resistance for the respective linear regulator 11 . 12 . 13 in linear operation according to the number of linear regulators provided 11 . 12 . 13 the control device 1 and thus the temperature load of the semiconductor components (in particular of the power transistors) of the control device 1 reduced.

Das Heizsystem ist jedoch nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt; bsp. können die Heizelemente der Heizstufe auch mittels PTC-Elementen realisiert werden. Anstelle einer Kühlwasserbeheizung kann das Heizsystem auch für andere Anwendungsfälle im Kraftfahrzeug (entweder kreislaufgebunden oder nicht-kreislaufgebunden) eingesetzt werden, bsp. kreislaufgebunden oder nicht-kreislaufgebunden) eingesetzt werden, bsp. für die Erwärmung der Luft (Innenraumbeheizung) oder zur Vorheizung von (Diesel-) Kraftstoff.The Heating system is not on the described embodiment limited; bsp. can the heating elements of the heating stage also realized by means of PTC elements become. Instead of cooling water heating The heating system can work for others use cases used in the motor vehicle (either circulatory or non-circulatory) be, bsp. circulatory or non-circulatory) be, bsp. for the warming the air (interior heating) or for preheating of (diesel) Fuel.

Claims

Heating system for motor vehicles, wherein - the heating system a control circuit (RK) from a heating ( 2 ) as a controlled system and a control device ( 1 ), - the heating ( 2 ) from at least one heating stage each having at least one heating resistor as a heating element ( 21 . 22 . 23 ) whose heat output through the heating current through the at least one heating stage ( 21 . 22 . 23 ) or via the heating voltage at the at least one heating stage ( 21 . 22 . 23 ), - the regulatory system ( 1 ) at least one liner regulator ( 11 . 12 . 13 ), - the heating ( 2 ) with the power semiconductor device containing control device ( 1 ) in a housing ( 4 ) is integrated, that the power loss of the control device ( 1 ) is used for heating.

Heating system according to claim 1, characterized in that the control device ( 1 ) at least two parallel-connected linear regulators ( 11 . 12 . 13 ) having.

Heating system according to claim 1 or 2, characterized in that the semiconductor components of the control device ( 1 ) on a common, good heat-conducting carrier body ( 42 ) are arranged.

Heating system according to claim 3, characterized in that the carrier body ( 42 ) is formed as a copper plate.

Heating system according to one of claims 1 to 4 for use for the Heating one in a heat cycle or / and cooling circuit the vehicle located medium.

Heating system according to claim 5 for use in the cooling water heating of the motor vehicle.

Heating system according to one of claims 1 to 6 for use for the Room air heating of the interior of the motor vehicle.