(57)【要約】  本発明は、少なくとも一つの第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）及び第二の抵抗加熱デバイス（１４；３２）と、第一の抵抗加熱デバイス（１２；１１８）及び／又は第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）のパルス幅変調動作が可能な少なくとも一つのパルス幅変調デバイス（５２；１２０，１２６）と、少なくとも一つの切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）とを含む電気加熱装置（１０；１００）に関する。加熱動作のため、切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）は、第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）及び第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）を、第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）と第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）とが直列で電気的に接続される第一の加熱モードと、第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）と第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）とが並列で電気的に接続される第二の加熱モードとの間において選択的に切り換えることが可能である。本発明は、さらに、電気加熱装置（１０；１００）を含む車両、及び電気加熱装置（１０；１００）を制御するための方法に関する。
2014506717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）及び第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）と、
前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）及び／又は前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）のパルス幅変調動作が可能な少なくとも一つのパルス幅変調デバイス（５２；１２０，１２６）と、
少なくとも一つの切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）と、を含み、
前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）が、加熱動作のため、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）及び前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）を、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）と前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）とが直列で電気的に接続される第一の加熱モードと、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）と前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）とが並列で電気的に接続される第二の加熱モードとの間において選択的に切り換えることが可能である、電気加熱装置（１０；１００）。
【請求項２】
前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）が、さらに、加熱動作のため、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）及び前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）を、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）又は前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）が単独で動作される第三の加熱モードに切り換えることが可能である、請求項１に記載の電気加熱装置。
【請求項３】
前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１）がリレー回路として形成されている、請求項１又は２に記載の電気加熱装置。
【請求項４】
前記切換デバイス（１１２，１２２）が半ブリッジ回路として形成されている、請求項１又は２に記載の電気加熱装置。
【請求項５】
前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）の加熱抵抗値が前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）の加熱抵抗値と実質的に同一である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
【請求項６】
前記第一の加熱モード及び／又は前記第二の加熱モードにおいて、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）と前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）とが共通の電流源（２６，２８；１０２，１３６）に接続されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
【請求項７】
前記電気加熱装置（１０；１００）が、制御デバイスを含むか、制御デバイスに接続される又は接続可能である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
【請求項８】
前記制御デバイスが、電源電圧の電圧値及び／又は前記電気加熱装置（１０；１００）の要求加熱出力に基づき前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）及び／又は前記パルス幅変調デバイス（５２；１２０，１２６）を制御するように設計されている、請求項７に記載の電気加熱装置。
【請求項９】
前記電気加熱装置（１０；１００）の電源電圧の電圧値が、第一の閾値から、前記第一の閾値よりも小さい第二の閾値までの範囲である場合、前記制御デバイスが、前記電気加熱装置（１０；１００）を前記第一の加熱モードにおいて動作させるために前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）を制御するように設計されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
【請求項１０】
前記電気加熱装置（１０；１００）の電源電圧の電圧値が第三の閾値よりも小さい場合、前記制御デバイスが、前記電気加熱装置（１０；１００）を前記第二の加熱モードにおいて動作させるために前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）を制御するように設計されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
【請求項１１】
前記電気加熱装置（１０；１００）の電源電圧の電圧値が、前記第三の閾値から、前記第三の閾値よりも大きな第四の閾値までの範囲である場合、前記制御デバイスが、前記電気加熱装置（１０；１００）を第三の加熱モードにおいて動作させるために前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）を切り換えるように設計されている、請求項１０に記載の電気加熱装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電気加熱装置（１０；１００）を含む車両。
【請求項１３】
前記電気加熱装置（１０；１００）の電源電圧が前記車両の搭載ネットワークによって供給される、請求項１２に記載の車両。
【請求項１４】
前記車両が電気自動車である、請求項１２又は１３に記載の車両。
【請求項１５】
前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）が、加熱動作のため、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２；１１８）及び前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２を、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２；１１８）と前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）とが直列で接続される第一の加熱モードと、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２；１１８）と前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）とが並列で電気的に接続される第二の加熱モードとの間において選択的に切り換える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電気加熱装置（１０；１００）を制御するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気加熱装置、及び電気加熱装置を含む車両、並びに電気加熱装置を制御するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の車両では、エンジン独立式車両用ヒータ又は補助加熱システムが使用されることが多い。多くの場合、そのような加熱システムには車両の燃料を燃焼させるための燃焼器が備えられている。益々頻繁に出現している燃料なしで動作する電気自動車では、そのようなエンジン独立式加熱システム又は補助加熱システムを使用することはできない。これは、電気自動車が、通常、いかなる燃料も保持しないため、加熱システムのためだけに燃料タンクを設けることは合理的でないということが理由である。その代わりとして、電気自動車には電気的に動作する加熱システムの使用が適している。電気加熱装置は、しかしながら、例えば、燃料の節約のため、内燃機関を有する車両での使用にも供されうる。動作中、電気ヒータはその発熱体に供給される加熱電圧の変動に敏感に応答しうる。その一方で、電気ヒータ自体が高い性能要件を有する消費者であるため、変動する、例えば、パルス式の加熱動作は電圧源の安定度に負の影響を及ぼす。例えば、電気加熱装置にリップル電流が発生する場合があり、加熱システムが接続されている電気回路網全体にこれが伝搬するおそれがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
変化する電源電圧又は変動する電源電圧の場合においても効率的かつ正確に制御されうる電気加熱装置を提供することが本発明の目的である。このような加熱システムが設けられた車両、並びに電気加熱装置を制御するための効率的な方法も提供する。
【０００４】
この目的は独立請求項の特徴によって解決される。
【０００５】
本発明のさらに有利な実施形態及びさらなる発展形態は従属請求項から明らかとなろう。
【０００６】
本明細書の枠組み内において、電気加熱装置とは、媒体又は容積を直接的又は間接的に加熱するために電力を熱に変換する加熱システムであると理解される。このような媒体は、気体、例えば、空気などの流体であっても、水などの液体であってもよい。電気加熱装置は、特に、可動配置用、例えば、電気自動車などの車両用に提供される。電力を熱に変換するため、例えば、抵抗加熱デバイスを使用してもよい。抵抗加熱デバイスは、一つ又は複数の電気抵抗器又は発熱体を含んでもよい。電流が電気抵抗器を流れる際に熱を発生させる電気抵抗器は、加熱抵抗器又は発熱体とみなしてもよい。抵抗加熱システムのそのような加熱抵抗器には、全般的に、ラインの抵抗と比較して高い抵抗値が設けられている。加熱抵抗器は、例えば、コイルに巻かれた導電性ワイヤ又は電熱線として形成してもよい。抵抗加熱システムは、大部分又は大部分それにより発生した熱が一つ又は複数の電気抵抗器によって発生することを特徴としてもよい。特に、抵抗加熱システムによって変換される電力は実質的に又はほとんどが熱に変換されると考えてもよい。熱を発生させるため、又は加熱のために提供された媒体又は容積を加熱するために効果的な抵抗加熱システム又は加熱抵抗器の抵抗値は加熱抵抗値と呼ぶことができる。そのような抵抗加熱システム又は加熱抵抗器は、特に、金属及び／又は導電性材料を含んでも、金属及び／又は導電性材料から製造してもよい。材料は、温度と共に実質的に直線的に増加する電気抵抗を有してもよい。加熱抵抗器又は抵抗加熱システムがポジスター材料を含むか、ポジスター材料で製造されると特に合理的であり得る。材料は非セラミックであってもよい。電圧源又は電流源は電気加熱装置のための加熱電圧又は加熱電流を提供してもよい。ここでは、特に、車両、特に電気自動車の搭載ネットワークは加熱電圧の電圧源として機能してもよい。加熱電圧又は電源電圧は直流電圧であってもよい。電力を熱に変換するための一つ又は複数の抵抗加熱システム又は加熱抵抗器に印加される電圧は加熱電圧又は電源電圧とみなしてもよい。電圧源は公称電圧を提供してもよい。電圧源が最大電圧を供給することを企図してもよい。この最大電圧は、公称電圧に等しくても、それをわずかに、特に、１％、５％、７％、１０％又は２０％超えてもよい。公称電圧は、２５０Ｖ、４００Ｖ、５００Ｖ、５５０Ｖ、６００Ｖ又は６５０Ｖに達してもそれらを超えてもよい。ここで言及した電圧値、特に、閾値は電圧量値（ａｍｏｕｎｔ  ｖａｌｕｅｓ  ｏｆ  ｖｏｌｔａｇｅｓ）とみなしてもよい。従って、一般に、−２５０Ｖの電圧は、量がより大きいため、−５０Ｖの電圧と同程度より大きいとみなさねばならないであろう。電圧値が閾値を下回るか上回るかは、例えば、電圧値の関連する変化が存在するかどうかを確認することによって確かめてもよい。例えば、使用時、消費者の接続のために公称電圧を下回る電圧の低下が生じる場合、電源電圧を一時的に一定としないことが可能である。電気加熱装置はパルス幅変調手法において動作させてもよい。この場合、電気加熱装置及び／又は抵抗加熱システム又は電気加熱装置の抵抗加熱システムはそれらが一つ又は複数のパルス制御信号に従い動作されるようにパルス幅変調デバイスにより制御してもよい。特に、抵抗加熱システム又は加熱抵抗器を通過する電流の流れが生じてもよい。この場合、例えば、トランジスタにより、パルス制御信号に従い電流が抵抗加熱システムを流れることを可能としてもよい。このようなトランジスタは、例えば、絶縁ゲート電極（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ）を有するバイポーラトランジスタであっても、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であっても、別の設計のトランジスタであってもよい。パルス幅変調デバイスは、異なる又は同一のパルス制御信号によって制御してもよい一つ又は複数のトランジスタを含んでもよい。パルス制御信号は周期的なものであってもよい。一周期に一つ又は複数のゼロサイクルを有してもよい。パルス制御信号は実質的に矩形の信号であることが可能である。種々のパルス制御信号は、特に、それらの位相に関して異なっていてもよい。パルス幅変調の測定値としてパーセント値を示してもよい。パーセント値は、この場合、パルス制御信号により抵抗加熱システム又は加熱抵抗器に電流を流すことを可能とする周期又は時間枠の一部を表すものである。この点に関して、一時的に一定の信号は１００％のパルス幅変調を有する信号とみなしてもよい。対応するパルス制御信号が印加されない限り、パルス幅変調デバイスは一つ又は二つ以上の関連する抵抗加熱システムに電流を流さないことを企図してもよい。パルス制御信号が既定の振幅又は既定の振幅量を有するかそれらを超える場合、電流が流れることを可能にするためのパルス制御信号が印加されると想定してもよい。電気加熱装置は特定の出力範囲内の加熱出力を提供するように設計してもよい。特に、電気加熱装置は最大熱出力において設計してもよい。最大ヘット出力は最大及び／又は公称電源電圧に適合させることができる。最大加熱出力は、例えば、３０００Ｗ、４０００Ｗ、５０００Ｗ、６０００Ｗ、又は７０００Ｗであるか、それらを超えることが合理的であり得る。電気加熱装置はその加熱出力に関して調整可能であってもよい。所望される又は要求される加熱出力は調整可能であると考えてもよい。このため、所望の加熱出力を設定するための設定デバイスを提供してもよい。トランジスタなどのスイッチング素子において、スイッチング素子がそれらに特定の電流を流すことを可能にするよう制御信号又は切換信号をスイッチング素子に印加する場合、スイッチング素子は「オン」状態にあってもよいということが一般に当てはまる。トランジスタにおいて、これは、特に、トランジスタの入力側及び出力側に電流が流れることを可能にするために制御信号が制御入力側（ゲート）に印加されることを意味しうる。電磁スイッチにおいては、所望のスイッチ位置を達成するため、切換信号又は制御信号をコイルなどのソレノイドに作用させてもよい。
【０００７】
少なくとも第一の抵抗加熱デバイス及び第二の抵抗加熱デバイスを含む電気加熱装置について説明する。電気加熱装置は、第一の抵抗加熱デバイス及び／又は第二の抵抗加熱デバイスのパルス幅変調動作を可能とする少なくとも一つのパルス幅変調デバイスと、少なくとも一つの切換デバイスとを含む。切換デバイスは、加熱動作において、任意選択で、第一の抵抗加熱デバイス及び第二の抵抗加熱デバイスを、第一の抵抗加熱デバイスと第二の抵抗加熱デバイスとが直列で電気的に接続される第一の加熱モードと、第一の抵抗加熱デバイスと第二の抵抗加熱デバイスとが並列で電気的に接続される第二の加熱モードとの間において切り換えることが可能である。従って、加熱モードに依存して、第一の抵抗加熱デバイスと第二の抵抗加熱デバイスは異なる全体加熱抵抗（ｏｖｅｒａｌｌ  ｈｅａｔｉｎｇ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を提供し、これは、従って、電気加熱装置の加熱性能に影響を及ぼす。第一の加熱モード及び／又は第二の加熱モードでは、加熱電流が第一の抵抗加熱デバイス及び第二の抵抗加熱デバイスに流れる又は流れることができるように、第一の抵抗加熱デバイス及び第二の抵抗加熱デバイスをパルス幅変調デバイスによって電圧源に導電的に接続してもよい。第二の加熱モードにおいて、第一の抵抗加熱デバイスと第二の抵抗加熱デバイスとが並列で電気的に接続される場合、第一の抵抗加熱デバイスと第二の抵抗加熱デバイスとが直列で電気的に接続される第一の加熱モードに比べ、加熱システムにおいて全体加熱抵抗が全体的に低くなる。記載した配置により、わずかな設置スペースしか求められないよりコンパクトな構造の加熱システムが保証される。電気加熱装置は一時的に調整可能な電源電圧の場合においても効率的に動作することができる。特に、種々の加熱モードは、パルス幅変調により加熱容量の制御が強化されるように、加熱動作の、種々の要求加熱容量及び様々な電源電圧への調整を可能にする。第一の抵抗加熱デバイスの加熱抵抗値と第二の抵抗加熱デバイスの加熱抵抗値は実質的に同一としても、異なるように設計してもよい。同一の加熱抵抗値の場合においては、特に、電気加熱装置の簡単な取り扱い及び制御が達成される。抵抗加熱デバイス、特に、抵抗加熱デバイスの加熱抵抗器は加熱される媒体に接触していてもよい。この媒体は、例えば、空気等の気体などの流体であっても、例えば、水などの液体であってもよい。加熱される媒体に接触するように提供される抵抗加熱デバイスの加熱抵抗器は、適切な電気絶縁体によって、媒体、特に水に対して絶縁されることを企図してもよい。この場合、絶縁体が良好な熱伝導率を有していれば妥当としてもよい。電気加熱装置は、互いに単独で切換可能な二つのターンオフ路（ｔｕｒｎ−ｏｆｆ  ｐａｔｈ）を有してもよい。第一のターンオフ路はパルス幅変調デバイスによって設けてもよい。特に、パルス幅変調デバイスは、それに電流が供給されない場合、又はそれにパルス制御信号が印加されない場合、加熱システムの加熱動作を中断する、又は無効にすることを妥当としてもよい。また、複数のパルス制御信号及び／又はパルス制御信号路が使用される場合、例えば、誤作動が発生したことが理由で、加熱システムのパルス幅変調デバイスターンを企図してもよい。切換デバイスにより第二のターンオフ路を設けてもよい。切換デバイスに電流が供給されない状態、及び／又は切換信号が印加されない状態、及び／又は特定の切換信号が印加されない状態にある場合、切換デバイスは加熱システムをオフにするか、第一の抵抗加熱デバイスへの、及び／又は第二の抵抗加熱デバイスへのエネルギ供給を中断するか不能にすると有利な場合もある。切換デバイスは、一つ、二つ又はそれよりも多い、単独で切換可能なスイッチング素子を含んでもよい。スイッチング素子は電気機械式及び／又は半導体式のスイッチング素子であってもよい。パルス幅変調デバイスは、一つ、二つ又はそれよりも多い、単独で切換可能な要素を含んでもよく、それは特に、半導体素子であってもよい。
【０００８】
切換デバイスは、さらに、加熱動作のため、第一の抵抗加熱デバイス及び第二の抵抗加熱デバイスを、第一の抵抗加熱デバイス又は第二の抵抗加熱デバイスが排他的に動作する第三のヘディングモードに切り換えることができると考えてもよい。従って、単独で動作する抵抗加熱デバイスを、それに加熱電流が流れるように、又は流れることができるように、それがパルス幅変調デバイスによって電圧源に導電的に接続されるよう切り換えてもよい。特に、第三の加熱モードで動作していない抵抗加熱デバイスはオフにされるか、この加熱モードにおいては電源電圧に導電的に接続されないことを企図してもよい。従って、第一の抵抗加熱デバイス又は第二の抵抗加熱デバイスのみに依存する加熱動作のために追加の加熱抵抗値を使用してもよい。切換デバイスは、第一の抵抗加熱デバイスを第三の加熱モードでの単独動作に切り換えることができるように、並びに第二の抵抗加熱デバイスを第四の加熱モードでの単独動作に切り換えることができるように形成することが望ましいこともある。従って、抵抗加熱デバイスの冗長性を実現してもよい。加えて、第一の抵抗加熱デバイスの抵抗値と第二の抵抗加熱デバイスの抵抗値が異なる場合においては、加熱動作のためにさらなる加熱抵抗値を使用してもよい。
【０００９】
切換デバイスはリレー回路として形成してもよい。特に、加熱モード間において切り換えるためのリレー素子として、一つ又は複数の電気的に動作する又は動作できる機械的なスイッチを設けてもよい。このようなスイッチを切換デバイスのスイッチング素子として設けてもよい。これにより加熱デバイスの堅牢な設計が可能になる。切換デバイスは付加的にスイッチング素子として一つ又は複数の切換可能な半導体素子を含むことが望ましいこともある。
【００１０】
切換デバイスは半ブリッジ回路（ｑｕａｓｉ−ｆｕｌｌ  ｂｒｉｄｇｅ）として形成してもよい。ここでは、主として半導体スイッチング素子を使用してもよい。このような半ブリッジ回路は費用対効果が高く、かつ省スペースである。さらに、このような解決策において潜在的に不快な切換音は発生しない。
【００１１】
さらなる発展形態においては、第一の抵抗加熱デバイスの加熱抵抗値は第二の抵抗加熱デバイスの加熱抵抗値と実質的に同一であってもよい。これにより電気加熱装置が対称的かつ特にシンプルな設計になる。
【００１２】
第一の加熱モード及び／又は第二の加熱モードにおいては、第一の抵抗加熱デバイスと第二の抵抗加熱デバイスは共通の電源に接続してもよい。このようにして、電気加熱装置の簡単な制御及び簡単な動作を達成してもよい。
【００１３】
特に、電気加熱装置は、制御デバイスを含んでも、制御デバイスに接続されるか接続可能であってもよい。制御デバイスは、例えば、適切なマイクロコントローラ又は制御チップを含む電子制御デバイスとして形成してもよい。この場合、制御デバイスがより高次の制御デバイスと通信する、及び／又は電気加熱装置に加えて他のデバイスも制御可能な共通の制御デバイスとして形成されれば望ましいこともある。例えば、電気加熱装置の制御デバイスは、例えば、バス方式、特に、ＣＡＮバス又はＬＩＮバスなどの適切な車両通信ネットワークを介して車両の搭載コンピュータに接続してもよい。また、電気加熱装置の制御デバイスを車両の搭載コンピュータシステム又は車両の空調デバイスに直接組み込むことが可能である。制御デバイスは、要求加熱出力の設定のため設定デバイスに接続してもよい。設定デバイスはユーザインターフェースを含むことが可能であり、それによりユーザが要求加熱出力を直接的又は間接的に設定することができるか、要求加熱出力に作用することができる。制御デバイスは、出力側を介して切換デバイス及び／又はパルス幅変調デバイスに接続してもよい。特に、制御デバイスは、切換デバイス又は切換デバイスのスイッチング素子を切換信号によって制御するように設計されうる。制御デバイスが関連するパルス制御信号によってパルス幅変調デバイスを制御することを企図してもよい。
【００１４】
制御デバイスは、切換デバイス及び／又はパルス幅変調デバイスを、電源電圧の電圧値及び／又は電気加熱装置の要求加熱出力に基づき制御するように設計してもよい。従って、電気加熱装置は電源電圧の種々の値に良好に応答することができ、かつ加熱電圧又は電源電圧の値が様々な場合において効率的かつ正確に制御することもできる。特に、制御デバイスが最大可能パルス幅変調での動作（すなわち、特定の要求加熱出力及び／又は所定の電源電圧の場合におけるある周期中の最大可能加熱速度）を可能にする加熱モードのため切換デバイスを制御するように設計されることが望ましいこともある。これは、全体加熱抵抗が、所定の電源電圧において要求加熱出力を供給できる最大設定可能全抵抗（ｔｈｅ  ｈｉｇｈｅｓｔ  ｓｅｔｔａｂｌｅ  ｔｏｔａｌ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）である加熱モードに加熱システム又は切換デバイスを切り換えることによって達成してもよい。このようにして、パルス周期の、可能な限り最高の部分を加熱のために使用してもよい。制御デバイスは一つ又は複数のセンサと通信するように設計してもよい。制御デバイスは電圧センサに接続されることが望ましいこともある。電圧センサは加熱電圧を測定するように設計してもよい。電圧センサが測定した電圧に関する電圧信号を制御デバイスに送信することができると好適である。特に、制御デバイスは適切な切換信号及び／又は制御信号を切換デバイス及び／又はパルス幅変調デバイスに送信することが可能であると考えてもよい。
【００１５】
特に、電気加熱装置の電源電圧の電圧値が第一の閾値と、第一の閾値よりも小さい第二の閾値との間の範囲である場合、制御デバイスを、動作又は電気加熱装置のため切換デバイスを制御するように設計することを企図してもよい。第一の閾値は、例えば、電源電圧の公称値であっても、それよりも適切な値大きくてもよい。特に、第一の閾値は公称値よりも約１％、５％、１０％、１５％又は２０％大きくてもよい。この場合、第一の加熱モードは、電源電圧が公称値の範囲内にある公称動作モードに実質的に等しい。
【００１６】
電気加熱装置の電源電圧の電圧値が第三の閾値よりも小さい場合、制御デバイスは、電気加熱装置を第二の加熱モードにおいて動作させるために切換デバイスを制御するよう設計してもよい。第三の閾値は、特に、第二の閾値よりも小さくても第二の閾値に等しくてもよい。従って、高電源電圧の場合では、第一の抵抗加熱デバイスと第二の抵抗加熱デバイスとが直列で電気的に接続されることにより、高い全体加熱抵抗が存在する第一の加熱モードで加熱装置を動作させてもよい。従って、加熱電流がパルス周期のうちできるだけ長時間実際に流れるようにパルス幅変調が実施されうる。同一の要求出力及び低電源電圧であれば、低い全体加熱抵抗が提供される第二の加熱モードでの動作に電気加熱装置を切り換えてもよい。
【００１７】
電気加熱装置の電源電圧の電圧値が、第三の閾値から、第三の閾値よりも大きな第四の閾値までの範囲である場合、制御デバイスは、電気加熱装置を第三の加熱モードにおいて動作させるため切換デバイスを制御するように設計することが望ましいこともある。第四の閾値は、この場合、特に、上述の第二の閾値よりも小さくてもよい。従って、加熱のために抵抗加熱デバイスの一つのみが使用される加熱モードは、並列で接続された抵抗加熱デバイスによる動作と直列で接続された抵抗加熱デバイスによる加熱モードとの間において生じる。このようにして、さらに広い範囲の動作オプションが利用できる。当然、電気加熱装置の電源電圧の電圧値が、第四の閾値から、第四の閾値よりも大きな第五の閾値までの範囲である場合、制御デバイスが、第四の加熱モードにおける電気加熱装置の動作に切換デバイスを切り換えるように設計することを企図してもよい。これは、第一の抵抗加熱デバイスの抵抗値と第二の抵抗加熱デバイスの抵抗値が互いに異なる場合に特に望ましいこともある。この点に関して、加熱のため、より低い加熱抵抗を有する抵抗加熱デバイスが第三の加熱モードにおいて使用されるか切り換えられる一方で、加熱のため、より高い抵抗値を有する抵抗加熱デバイスを第四の加熱モードにおいて使用すること、又は切り換えることを企図してもよい。
【００１８】
特に、本明細書中に記載される電気加熱装置を備えた車両が実現可能である。この場合、電気加熱装置の電源電圧を車両の搭載ネットワークにより供給してもよい。搭載ネットワークは上述の公称値の一つを有する電源電圧を供給してもよい。電源電圧の値は、動作状態及び／又は車両のタイプによって、例えば、０Ｖ、１００Ｖ、１５０Ｖ、２００Ｖ、２５０Ｖから公称値の範囲であってもよい。特に、車両は電気自動車であってもよい。
【００１９】
さらに、電気加熱装置を制御するための方法を記載する。電気加熱装置は本明細書中に記載される電気ヒータのうちの一つであってもよい。加熱動作のため、第一の抵抗加熱デバイス及び第二の抵抗加熱デバイスが、任意選択で、第一の抵抗加熱デバイスと第二の抵抗加熱デバイスとが直列で電気的に接続される第一の加熱モードに、又は第一の抵抗加熱デバイスと第二の抵抗加熱デバイスとが並列で電気的に接続される第二の加熱モードに切り換えられる。第一の抵抗加熱デバイス及び第二の抵抗加熱デバイスを、加熱動作のために第一の抵抗加熱デバイス又は第二の抵抗加熱デバイスが単独で動作される第三の加熱モードに切り換えることを企図してもよい。特に、この加熱モードのため、第三の加熱モードにおいて動作されない抵抗加熱デバイスをオフにすることを企図してもよい。第一の加熱モードのため、第一の抵抗加熱デバイスを単独動作に切り換えること、並びに第四の加熱モードのため、第二の抵抗加熱デバイスを単独加熱動作に切り換えることが望ましいこともある。対応する加熱モードのための抵抗加熱デバイスの切り換えを切換デバイスにより実施してもよい。第一の加熱モード及び／又は第二の加熱モードにおいて、第一の抵抗加熱デバイスと第二の抵抗加熱デバイスは共通の電源に接続してもよい。切換デバイスは、加熱モード間における切り換えのため制御デバイスにより制御されることを企図してもよい。制御デバイスは、より高次の制御デバイスと通信してもよい、及び／又は電気加熱装置以外の他のデバイスも制御する共通の制御デバイスとして形成してもよい。制御デバイスは要求加熱出力の設定のため設定デバイスに接続してもそれと通信してもよい。制御デバイスは、電源電圧の電圧値及び／又は電気加熱装置の要求加熱動作に基づき切換デバイス及び／又はパルス幅変調デバイスを制御してもよい。特に、制御デバイスが可能な限り大きなパルス幅変調（すなわち、特定の要求加熱出力及び／又は所定の電源電圧の場合の、ある周期中における可能な限り高い加熱速度）による動作を可能にする加熱モードのために切換デバイスを制御することが望ましいこともある。これは、全体加熱抵抗が、要求加熱出力が供給されうる特定の電源電圧において設定されうる最大全体抵抗である加熱モードに加熱システム又は切換デバイスを切り換えることによって達成してもよい。制御デバイスは一つ又は複数のセンサと通信してもよい。制御デバイスは電圧センサに接続されることが望ましいこともある。電圧センサは加熱電圧を測定してもよい。電圧センサは測定した電圧に関する電圧信号を制御デバイスに送信することが可能である。制御デバイスは、それが一つ以上のセンサ、特に電圧センサから、及び／又は設定デバイスから受信する信号に基づき切換デバイスを制御してもよい。電気加熱装置の電源電圧の電圧値が第一の閾値から、第一の閾値よりも小さい第二の閾値までの範囲である場合、制御デバイスが電気加熱装置を第一の加熱モードにおいて動作させるために切換デバイスを制御することを企図してもよい。電気加熱装置の電源電圧の電圧値が第三の閾値よりも小さい場合、制御デバイスは、電気加熱装置を第二の加熱モードにおいて動作させるために切換デバイスを制御してもよい。第三の閾値は、特に、第二の閾値より小さくても、第二の閾値に等しくてもよい。加熱システムが動作される加熱モードによっては、加熱電流がパルス周期のできるだけ長時間実際に流れるようにパルス幅変調を実施してもよい。同一の要求出力及びより低い電源電圧の場合においては、電気加熱装置を、より低い全体加熱抵抗が優位となり、低電源電圧にもかかわらず要求加熱出力を供給することができる第二の加熱モードでの動作に切り換えてもよい。電気加熱装置の電源電圧の電圧値が、第三の閾値から、及び第三の閾値よりも大きな第四の閾値の範囲である場合、制御デバイスが、電気加熱装置を第三の加熱モードにおいて動作させるために切換デバイスを制御することが望ましいこともある。前の閾値は、この場合、特に、上述した第二の閾値よりも小さくてもよい。電気加熱装置の電源電圧の電圧値が、第四の閾値から、第四の閾値よりも大きな第五の閾値までの範囲である場合、制御デバイスが、電気加熱装置を第四の加熱モードにおいて動作させるために切換デバイスを制御することを企図してもよい。これは、第一の抵抗加熱デバイスの抵抗値と第二の抵抗加熱デバイスの抵抗値とが互いに異なる場合に特に望ましいこともある。この点に関して、加熱のため、より低い加熱抵抗を有する抵抗加熱デバイスが第三の加熱モードにおいて使用される、又は切り換えられる一方で、加熱のため、より高い抵抗値を有する抵抗加熱デバイスを第四の加熱モードにおいて使用すること、又は切り換えることを企図してもよい。閾値及び電圧値については電気加熱装置に対して述べたものを適用する。
【００２０】
ここで、本発明を、添付の図面を参照し、好適な実施形態を用いて、例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】リレー回路を含む電気加熱装置の概略図を示す。
【図２】半ブリッジ回路を含む電気加熱装置の概略図を示す。
【図３】異なるパルスの加熱電流を含む図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１では、電気加熱装置１０を概略的に示す。電気加熱装置１０は、本例においては、第一の抵抗加熱デバイス及び第二の抵抗加熱デバイスとして機能する第一の加熱抵抗器１２及び第二の加熱抵抗器１４を含む。コイル１７を通じて「オン」状態と「オフ」状態との間で切り換えることができる第一のスイッチ１６が設けられる。コイル１７には第一の切換ライン１８を通じて電力を供給することができる。第一のスイッチ１６はリレースイッチとして形成されている。図１では、スイッチは「オフ」状態で示される。さらに、コイル２１を通じて「オン」状態と「オフ」状態との間で切り換えることができる第二のスイッチ２０が設けられる。図１では、リレースイッチとして形成されたスイッチ２０は「オフ」状態で示される。コイル２１には、スイッチ２０を切り換えるため第二の切換ライン２２を通じて電力を供給することができる。第一のスイッチ１６、第二のスイッチ２０及び関連するコイル１７、２１は切換デバイスの要素とみなしてもよい。切換ライン１８と切換ライン２２はスイッチング電圧源２４の共通の電極に接続されている。このため、切換コイル１７、２１を介して切換ライン１８及び切換ライン２２に接続される、切換ライン１８及び切換ライン２２の切換ノード１９が設けられている。この例において、スイッチング電圧源は、切換ライン１８、２２に対して１２Ｖのスイッチング電位を供給してもよい。対応するスイッチング電圧が切換ライン１８を通じて印加される場合、第一のスイッチ１６が「オン」状態に切り換えられるようにコイル１７に電力を供給することができる。同様に、電圧信号を切換ライン２２に印加することにより、スイッチ２０を切り換えるための電力をコイル２１に供給することができる。
【００２３】
さらに、電気加熱装置１０のための電圧源の電極２６、２８が設けられており、それらを通じて加熱電圧が供給される。電圧源の第一の電極２６に接続された供給ライン３０は供給ノード３２において第一の供給分岐３４と第二の供給分岐３６とに分岐している。第一の供給分岐３４は第一のスイッチ１６に接続されている。第二の供給分岐３６は第二のスイッチ２０に接続されている。第一の供給分岐３４は、第一の加熱抵抗器１２が配置された第一の加熱ライン３８に第一のスイッチ１６を介して接続されてもよい。さらに、電圧源の第二の電極に接続された第二の供給ライン４０が設けられている。第二の供給ライン４０は、第二の供給ノード４２において第三の供給分岐４４と第四の供給分岐４６とに分岐している。第二の供給ライン４０の第三の供給分岐４４は第一のスイッチ１６に接続されている。第一のスイッチ１６は、それが「オフ」状態において加熱ライン３８を第二の供給ライン４０の第三の供給分岐４４に接続するように配置されている。「オン」状態において、第一のスイッチ１６は加熱ライン３８を第一の供給ライン３０の第一の供給分岐３４に接続している。第二の供給ライン４０の第四の供給分岐４６は加熱ノード４８を介して第一の加熱ライン３８に接続されている。加熱ノード４８と第二の供給ノード４２との間の第四の供給分岐４６に第二の加熱抵抗器１４が接続されている。第一の加熱抵抗器１２は加熱ノード４８と第一のスイッチ１６との間の加熱ライン３８に接続されている。第二のスイッチ２０はリレーライン５０を通じて加熱ノード４８に接続されている。第二のスイッチ２０はリレーライン５０を通じて加熱ノード４８に接続されている。「オン」状態において、第二のスイッチ２０は第一の供給ライン３０の第二の供給分岐３６を加熱ノード４８に接続している。「オフ」状態においては、加熱ノード４８と供給ライン３０、４０のうちの一つとの間に第二のスイッチ２０を介した導電性の接続は設けられない。さらに、第二の供給ライン４０の第二の供給ノード４２と電源電圧の第二の電極２８との間にパルス幅変調デバイス５２が提供されている。この場合、パルス幅変調デバイス５２はトランジスタとして形成され、この例においてはＩＧＢトランジスタとして形成されている。パルス幅変調信号又はパルス制御信号が制御信号として制御ライン５４を通じてパルス幅変調デバイス５２に伝達される。特に、パルス幅変調デバイス５２の入力側及び出力側（コレクタ及びエミッタ）は、入力側が第二の供給ノード４２に接続され、出力側が電極２８に接続されるように配置されてもよい。パルス幅変調デバイス５２の制御入力側（ゲート）は制御ライン５４に接続されている。パルス幅変調デバイス５２にスイッチが入れられ、パルス幅変調信号又はパルス制御信号が通過した場合、主義として、電圧源の電極２６と電極２８との間に加熱電流が流れてもよい。例えば、信号が周期的なゼロ点を通過しているか、従って、信号が全く印加されないことが原因で制御ライン５４に信号が印加されない時間中は電源電圧の電極２６と電極２８との間に電流が流れることはできない。従って、パルス幅変調デバイス５２を通じて電気加熱装置１０の第一のターンオフ路が有効となる。なぜなら、制御ライン５４を通じて印加されるパルス幅変調信号なしでは、電気加熱装置１０は結果としてオフにされるからである。パルス制御信号は矩形信号であってもよい。切換ライン１８、２２及び制御ライン５４に接続された矢印は、切換信号又はパルス制御信号を切換ライン１８、２２又は制御ライン５４に印加することができる制御デバイスの出力側を示す。制御デバイスは、電極２６、２８を通じて供給される電源電圧の電圧値及び／又は電気加熱装置の要求加熱出力に基づき切換デバイス及び／又はパルス幅変調デバイス５２を制御する。このため、制御デバイスはその出力側を通じて対応する切換信号及び／又は制御信号を出力する。
【００２４】
電気加熱装置１０の切換デバイス（この場合はスイッチ１６及びスイッチ２０を含む）は以下のように切り換えてもよい。
【００２５】
第一のスイッチ１６と第二のスイッチ２０が両方とも「オフ」状態である場合、電圧源の第一の電極２６と第二の電極２８との間における導電性の接続は不可能である。従って、スイッチ１６、２０を介して、第一のターンオフ路から独立した第二のターンオフ路が設けられている。
【００２６】
第一のスイッチ１６が「オフ」状態であり、第二のスイッチ２０が「オン」状態である場合、第一の加熱抵抗器１２と第二の加熱抵抗器１４とは並列で接続されている。第一の供給ノード３２は、第二の供給ライン４０に、第二のスイッチ２０、加熱ノード４８、第二の加熱抵抗器１４及び第二の供給ノード４２を経由して導電的に接続されている。さらに、第一の供給ライン３０の、それに並列する第二の供給ライン４０への電気的に導電性の接続は、第二の供給分岐３６、第二のスイッチ２０、加熱ノード４８、加熱ライン３６の加熱抵抗器１２及びスイッチ１６を経由して設けられている。事実、「オフ」状態において、スイッチ１６は加熱ライン３８を第二の供給ライン４０の第三の供給分岐４４に接続している。従って、第一の加熱抵抗器１２と第二の加熱抵抗器１４は並列で動作することができ、かつそれらに、制御ライン５４を通じて制御されるパルス幅変調デバイス５２による加熱電流を供給することができる。
【００２７】
第一のスイッチ１６が「オン」状態であり、第二のスイッチ２０が「オフ」状態である場合、電圧源の第一の電極２６と電圧接続部（ｖｏｌｔａｇｅ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）の第二の電極２８との間に、第一の供給ライン３０、第一の供給分岐３４、「オンにされた（ｔｕｒｎｅｄ−ｏｎ）」スイッチ１６、加熱ノード４８を介して第二の加熱抵抗器１４を含む加熱ライン３８、第二の加熱抵抗器１４と第二の供給ノード４２とを含む第四の供給分岐を経由する導電性の接続が設けられる。従って、第一の加熱抵抗器１２及び第二の加熱抵抗器１４に加熱電流が直列で供給されると共に、それらは直列接続で動作される。
【００２８】
第一のスイッチ１６と第二のスイッチ２０がそれぞれ「オン」状態である場合、第二の供給ライン４０への接続は、第一の供給ライン３０から、第一の供給ノード３２、第二の供給分岐３６、第二のスイッチ２０、リレーライン５０、加熱ノード４８、第二の加熱抵抗器１４を含む第四の供給分岐４６及び第二の供給ノード４２を経由して設けられる。結果的に、第二の加熱抵抗器１４に電力が供給されうる。加熱ライン３８にある第一の加熱抵抗器１２は、第二のスイッチ２０及び第二の供給分岐３６と、第一のスイッチ１６及び第一の供給分岐３４との両方を経由して第一の供給ノード３２に接続されている。このため、第一の加熱抵抗器１２に電圧降下は生じない。従って、この場合、パルス幅変調デバイス５２の制御により、加熱のために第二の加熱抵抗器１４のみに電力が供給され、従って、動作される。
【００２９】
この例では、パルス幅変調デバイス５２のみが大きなスイッチング負荷を要する半導体ルート（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｒｏｕｔｅ）として形成されているため、低いスイッチング損失が生じる。スイッチ１６、２０は、リレーの際、実質的に無負荷で切り換えることができる。加えて、欠陥制御の場合において、リレーがそれぞれ「オフ」状態になるように切換手段を設計してもよく、例えば、リレーが切断状態になる場合、それにより、加熱抵抗器が電源電圧から自動的に切断される。
【００３０】
図２は、半ブリッジ回路を含む加熱装置１００の概略図を示す。電気加熱装置１００は、電圧源の第一の電極１０２に接続された第一の供給ライン１０４を含む。第一の供給ライン１０４は、第一の供給ノード１０５において第一の供給分岐１０８と第二の供給分岐１１０とに分岐している。第一の供給分岐１０８は高電位側の第一の切換トランジスタ１１２に接続されている。第一の加熱ライン１１４は、ＩＧＢトランジスタとして形成されたより高電位側の第一の切換トランジスタ１１２を加熱ノード１１６に接続している。特に、第一の切換トランジスタ１１２の入力側（コレクタ）を第一の供給分岐１０８に接続し、出力側（エミッタ）を第一の加熱ライン１１４に接続してもよい。第一の加熱抵抗器１１８及び第一のパルス幅変調器１２０の入力側（コレクタ）は加熱ノード１１６に直列で接続されている。この低電位側のパルス幅変調器１２０はＩＧＢトランジスタとして形成されている。第二の供給分岐１１０は、同様にＩＧＢトランジスタとして形成されている、より高電位側の第二の切換トランジスタ１２２の入力側に接続されている。第二の切換トランジスタ１２２の出力側はライン１２４を通じて第二のパルス幅変調器１２６の入力側に接続されている。ライン１２４においては、第二の切換トランジスタ１２２と第二のパルス幅変調器１２６との間に第二の加熱ノード１２８が設けられている。第二の加熱抵抗器１３２が接続されている加熱ライン１３０は第二の加熱ノード１２８から分岐する。加熱ライン１３０は、第二の加熱抵抗器１３２が第一の加熱ノード１１４と第二の加熱ノード１２８との間において接続されるように第一の加熱ノード１１４に接続されている。第一のパルス幅変調器１２０の出力側及び第二のパルス幅変調器１２６の出力側はラインを通じて共通の出力ノード１３４に接続されている。出力ノード１３４は、その一方で、電圧源の第二の電極１３６に接続されている。結果的に、パルス幅変調器１２０、１２６の出力側は電圧源の第二の電極１３６に接続されている。第一の切換ライン１３８は、それを制御するため、第一の切換トランジスタ１１２の制御入力側（ゲート）に接続されている。同様の手法で、第二の切換ライン１４０は、それを制御するため、第二の切換トランジスタ１２２の制御入力側に接続されている。電圧源の第一の電極１０２から、切換トランジスタ１１２、１２２の入力側及び出力側を通じて電流が流れることを可能とするため、対応する切換信号を切換ライン１３８、１４０を通じて切換トランジスタ１１２、１２２に出力してもよい。第一の制御ライン１４２はより低電位側の第一のパルス幅変調器１２０の制御入力側に接続されている。パルス幅変調信号に従い、第一のパルス幅変調器１２０を第一の制御ライン１４２を通じてオンにしてもオフにしてもよい。第二の制御ライン１４４は第二のパルス幅変調器１２６に接続されている。第一のパルス幅変調器１２０と同様、第二のパルス幅変調器１２６を第二の制御ライン１４４に印加される信号に従いオンにしてもオフにしてもよい。第一のパルス幅変調器１２０と第二のパルス幅変調器１２６は別個に形成され、互いに単独で制御できる。それらはパルス幅変調デバイスの要素とみなしてもよい。特に、第一のパルス幅変調器１２０及び第二のパルス幅変調器１２６は、図２の信号の波形によって示されるように１８０°位相をずらしてパルス幅変調された矩形信号によって制御されることを企図してもよい。このようにして、リップル電流が全体的に低減することとなり、それにより、搭載ネットワークがより安定した電流又は電圧源を提供する。両パルス幅変調デバイス１２０、１２６が「オン」状態でない場合、電圧源の第一の電極１０２と電圧源の第二の電極１３６との間に電流が流れることはできない。結果的に、単独で切換可能なパルス幅変調器１２０、１２６によって第一のターンオフ路が設けられる。パルス幅変調器の制御信号のエラーの場合には特に、加熱装置が動作しないことが保証される。図１と共に述べたように、切換ライン１３８、１４０及び制御ライン１４２、１４４は、切換信号又はパルス制御信号を切換ライン１３８、１４０又は制御ライン１４２、１４４に印加することができる制御デバイスの出力側と接続されている。これについては詳細には説明しない。制御デバイスは、電極１０２、１３６により供給される電源電圧の電圧値及び／又は電気加熱装置の要求加熱出力に基づき切換デバイス及び／又はパルス幅変調デバイスを制御する。このため、制御デバイスは対応する切換信号及び／又は制御信号をその出力側を通じて出力する。この例では、切換トランジスタ１１２、１２２を切換デバイスの要素とみなしてもよい。加熱抵抗器１１８は第一の抵抗加熱デバイスに相当し、加熱抵抗器１３２は第二の抵抗加熱デバイスに相当する。
【００３１】
より高電位側の第一の切換トランジスタ１１２が「オフ」状態であり、かつより高電位側の第二の切換トランジスタ１２２が「オン」状態である場合、第一のパルス幅調整デバイス１２０のみを「オン」状態にすることが望ましい。結果的に、電圧源の第一の電極１０２から、第二の供給分岐１１０、第一の切換トランジスタ１２２、第二の加熱ノード１２８、第二の加熱抵抗器１３２を含む加熱ライン１３０、第一の加熱ノード１１４、第一の加熱抵抗器１１８及び第一のパルス幅変調器１２０を経由し、出力ノード１３４に流れる電流の流れがある。この場合において、第二のパルス幅変調器１２６が制御されず、それがいかなる電流も伝導しない「オフ」状態のままであれば、第一の加熱抵抗器１１８と第二の加熱抵抗器１３２は第一のパルス幅変調器１２０を通過する導電路に対して直列で接続されている。従って、第一のパルス幅変調器１２０に印加される制御信号により、直列で接続された加熱抵抗器１１８、１３２を経由して加熱電流が流れてもよい。この状態では、例えば、制御デバイスが第二のパルス幅変調器１２６を「オン」状態に切り換えないことにより、第二の切換トランジスタ１２２と第二のパルス幅変調器１２６との間の短絡は避けるべきである。
【００３２】
第一の切換トランジスタ１１２が「オン」状態に切り換えられ、かつ第二の切換トランジスタ１２２が「オフ」状態に切り換えられる場合においては、パルス幅変調器１２０の制御により種々の可能な電流路が設けられる。第一のパルス幅変調器１２０のみがパルス幅変調制御信号によって制御され、第二のパルス幅変調器１２６がオフにされたままである場合、第一の電極１０２から、第一の供給ライン１０４、第一の供給ノード１０６、第一の切換トランジスタ１１２、第一の加熱ノード１１４、第一の加熱抵抗器１１８を経由して、出力ノード１３４に、従って、電圧源の第二の電極１３６に流れる電流路が第一のパルス幅変調器１２０を通じて設けられる。従って、第一の加熱抵抗器１１８のみが加熱に寄与する。第一のパルス幅変調デバイス１２０が制御されず、第二のパルス幅変調器１２６が制御される場合では、電流が第二の加熱抵抗器１３２のみに流れるが、第一の加熱抵抗器１１８には流れない伝導路が生じる。両パルス幅変調デバイス１２０、１２６が「オン」状態に制御される場合、第一の加熱抵抗器１１８と第二の加熱抵抗器１３２は実質的に並列で繋がれる。しかしながら、加熱抵抗器１１８と加熱抵抗器１３２の並列接続は、厳密には、二つのパルス幅調整デバイス１２０、１２６が同時に「オン」状態に切り換えられる場合にのみ得られるものである。これは、特に、パルス幅変調デバイス１２０、１２６のパルス幅変調のための信号が同一の位相を有する場合、又はパルスがパルス周期全体に拡張する１００パーセントのパルス幅変調が達成される場合に該当しうる。特に、パルス幅変調信号によりパルス幅変調器１２０、１２６の一つが正に「オン」状態にあり、他方のパルス幅変調器１２６が「オフ」状態にある場合、位相ずれ制御のため、電流が第一の加熱抵抗器１１８と第二の加熱抵抗器１３２とに交互に流れてもよい。結果的に、そのような時間中は狭義の並列接続は提供されない。
【００３３】
図２に示される例においては、従って、第一の切換トランジスタ１１２と第二の切換トランジスタ１２２を「オフ」状態、第一のターンオフ路に対して重複する、第一のターンオフ路と独立して切り換えることができる別個の第二のターンオフ路、に同時に切り換えるという選択肢が生じる。切換トランジスタ１１２と切換トランジスタ１２２の両方が「オン」状態に切り換えられる場合、トランジスタの制御により異なる電流路を生じてもよい。この場合も同様に、例えば、制御デバイスによる適切な制御により切換トランジスタ１２２とパルス幅変調器１２６の短絡を避けるべきである。特に、一般に、第二の切換トランジスタ１２２と第二のパルス幅変調器１２６の同時「オン」状態は制御デバイスにより防止されるか禁止されることを企図してもよい。第二のパルス幅変調器１２６が「オフ」状態で維持される場合、第一の加熱抵抗器１１８を通過する好ましい電流路が生じ、加熱工程が優位になる。
【００３４】
第二の切換トランジスタ１２２と第二のパルス幅変調器１２６に反して、第一の切換トランジスタ１１２と第一のパルス幅変調器１２０は、それらの間に加熱抵抗器１１８が接続されているため互いに直接接続されない。図２に示される回路は半ブリッジ回路と呼ぶことができる。それは純粋な半導体溶液（ｐｕｒｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）としてコンパクトな設計で製造してもよい。四つの半導体回路、すなわち、例えば、第一の切換トランジスタ１１２と、第二の切換トランジスタ１２２と、第一のパルス幅変調器１２０と、第二のパルス幅変調器１２６とをブリッジモジュールとして実現することを企図してもよい。この例では、トランジスタはＩＧＢトランジスタとして実現される。しかしながら、任意の適切なタイプのトランジスタを使用することも可能である。
【００３５】
図３は、回路の種々の加熱抵抗値の場合における可能なパルス消費電流の図を示す。電圧源によって供給され、かつアンペアＡの電流強度Ｉを有する加熱電流をミリ秒ｍｓにおける時間ｔにより示す。Ｕは、印加される加熱電圧を示し、Ｐは、加熱出力を示し、Ｒｌａｓｔは、全体加熱抵抗を示し、ＰＷＭは、パルス幅変調の程度を示す。示されるカーブＩ、ＩＩ及びＩＩＩにおいて、加熱装置の消費電流はそれぞれ１，５６２ワットになる。これは、加熱装置の要求加熱出力に等しい。一般に、加熱電力消費は以下のように示すことができる。
【００３６】
【数１】
2014506717.tif 000003
【００３７】
式中、Ｒは、全体抵抗を示し、ｌｅｆｆは、パルス変調によって変調された加熱電流の有効電流強度を示し、ｌａｍｐは、加熱電流の最大電流強度を示し、ｖｔは、パルス幅変調のパルス衝撃係数、すなわち、パルス周期中に加熱電流が流れる時間とパルス周期の持続時間との比率を示す。従って、図３におけるカーブの最大電流強度値はそれぞれｌａｍｐに相当する。この例では、矩形波形態を有する加熱電流が発生する。
【００３８】
加熱装置は図１又は図２に示されるヒータのうちの一つであってもよい。第一の加熱抵抗器及び第二の加熱抵抗器はそれぞれ約２０オームの抵抗で設計された。加熱抵抗器の並列接続においては、従って、約Ｒｌａｓｔ＝１０オームの全体負荷が得られる。一つの加熱抵抗器のみに加熱電流が供給される単一負荷を有する回路においては、約Ｒｌａｓｔ＝２０オームの加熱抵抗値が得られる。加熱抵抗器の直列接続の場合においては、加熱抵抗値は約Ｒｌａｓｔ＝４０オームになる。全三つのカーブにおいて、Ｕ＝２５０Ｖの電源電圧を想定した。
【００３９】
第一のカーブＩは第一の加熱モード、すなわち、第一のスイッチ１６がオンにされ、第二のスイッチ２０がオフにされる図１に示されるケース、又は第一の切換トランジスタ１１２がオフにされ、第二の切換トランジスタ１２２がオンにされる図２に示されるケースに該当する加熱抵抗器の直列接続に相当する。この場合、Ｐ＝１５６Ｗの既定の出力において１００％のパルス幅変調を達成することができる。このため、実質的に一定の電流が得られる。加熱電流の電流強度Ｉは６．２５Ａになる。
【００４０】
第三の加熱モードにおいて、加熱抵抗器の一つのみが使用される場合（これは第一のスイッチ１６及び第二のスイッチ２０がオンにされている図１に示されるケース、又はパルス幅調整デバイスの対応する制御の場合において、第一の切換トランジスタ１１２がオンにされ、第二の切換トランジスタ１２２がオフにされている図２に示されるケースと一致する）、全体加熱抵抗Ｒｌａｓｔは２０オームになる。パルス幅変調は５０％になり、カーブＩＩに見られるパルス信号が得られる。上の式によれば、パルス中、選択した加熱抵抗器を流れる電流強度は１２．５Ａになる。
【００４１】
第三のカーブＩＩＩでは、第二の加熱モード、すなわち、加熱抵抗器の並列接続が想定される。同様に、１０オームという最も低い全体加熱抵抗が得られる。これは、第一のスイッチ１６がオフにされ、第二のスイッチ２０がオンにされている図１に示されるケース、又はパルス幅変調デバイスの対応する制御の場合において、第一の切換トランジスタ１１２がオンにされ、第二の切換トランジスタ１２２がオフにされている図２に示されるケースに相当する。パルス幅変調はわずか２５％であるが、尚、２５．０Ａの電流強度に増加した。
【００４２】
図３から、Ｐ＝１５６２Ｗの要求加熱出力の場合においては、加熱抵抗器の直列接続が望ましいことがわかる。事実、このようにして、安定した信号（高パルス衝撃係数）の場合に低電流強度を使用することができ、それにより、スイッチング負荷及びリップル電流効果による影響が最小限になる。同時に、この場合、パルス波変調の全幅を利用することができるため、加熱出力をカーブＩＩ及びＩＩの場合に比べてより精密に制御することができる。特に、パルス幅変調は、通常、多大な、コスト集約的な努力なしではわずか約１％の精度でしか制御できないと考えなければならない。従って、１５２６Ｗよりも低い加熱出力が要求される場合、カーブＩＩ及びＩＩＩの場合に比べ熱出力のより正確な制御を実現することができる。より高い加熱出力が要求される場合、これはパルス幅変調の低減によって実現することができないことは明らかである。従って、より高い加熱出力のためには、加熱装置を、加熱抵抗器が直列で接続されなくなるように、すなわち、カーブＩが残るように接続しなければならない。約３，０００Ｗ以下の要求加熱出力のためには、好ましくは、カーブＩＩに変更される。すなわち、加熱抵抗器の一つのみが作動される。約３，０００Ｗ超から約６，０００Ｗの最大出力以下の加熱出力のためには、この場合に想定されるように、好ましくは、第一の加熱モードの加熱抵抗器の並列接続が使用される。すなわち、カーブＩＩＩが選択される。
【００４３】
上記明細書、図面並びに特許請求の範囲に開示される本発明の特徴は、個々及び任意の組み合わせの両方において、本発明の実現において重要となり得る。
【符号の説明】
【００４４】
１０  加熱装置
１２  第一の加熱抵抗器
１４  第二の加熱抵抗器
１６  第一のスイッチ
１７  コイル
１８  第一の切換ライン
１９  切換ノード
２０  第二のスイッチ
２１  コイル
２２  第二の切換ライン
２４  スイッチング電圧源の電極
２６  電極
２８  電極
３０  第一の供給ライン
３２  第一の供給ノード
３４  第一の供給分岐
３６  第二の供給分岐
３８  加熱出力
４０  第二の供給ライン
４２  第二の供給ノード
４４  第三の供給分岐
４６  第四の供給分岐
４８  加熱ノード
５０  リレーライン
５２  パルス幅変調デバイス
５４  制御ライン
１００  電気加熱装置
１０２  電極
１０４  第一の供給ライン
１０６  供給ノード
１０８  第一の供給分岐
１１０  第二の供給分岐
１１２  第一の切換トランジスタ
１１４  加熱ライン
１１６  第一の加熱ノード
１１８  第一の加熱抵抗器
１２０  第一のパルス幅変調器
１２２  第二の切換トランジスタ
１２４  ライン
１２６  第二のパルス幅変調器
１２８  第二の加熱ノード
１３０  加熱ライン
１３２  第二の加熱抵抗器
１３４  出力ノード
１３６  電極
１３８  第一の切換ライン
１４０  第二の切換ライン
１４２  第一の制御ライン
１４４  第二の制御ライン
【図１】
2014506717.tif 000004
【図２】
2014506717.tif 000005
【図３】
2014506717.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月20日(2013.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）及び第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）と、
前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）及び／又は前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）のパルス幅変調動作が可能な少なくとも一つのパルス幅変調デバイス（５２；１２０，１２６）と、
少なくとも一つの切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）と、を含み、
前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）が、加熱動作のため、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）及び前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）を、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）と前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）とが直列で電気的に接続される第一の加熱モードと、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）と前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）とが並列で電気的に接続される第二の加熱モードとの間において選択的に切り換えることが可能である、電気加熱装置（１０；１００）。
【請求項２】
前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）が、さらに、加熱動作のため、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）及び前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）を、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）又は前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）が単独で動作される第三の加熱モードに切り換えることが可能である、請求項１に記載の電気加熱装置。
【請求項３】
前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１）がリレー回路として形成されている、請求項１又は２に記載の電気加熱装置。
【請求項４】
前記切換デバイス（１１２，１２２）が半ブリッジ回路として形成されている、請求項１又は２に記載の電気加熱装置。
【請求項５】
前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）の加熱抵抗値が前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）の加熱抵抗値と実質的に同一である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
【請求項６】
前記第一の加熱モード及び／又は前記第二の加熱モードにおいて、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２，１１８）と前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）とが共通の電流源（２６，２８；１０２，１３６）に接続されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
【請求項７】
前記電気加熱装置（１０；１００）が、制御デバイスを含むか、制御デバイスに接続される又は接続可能である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
【請求項８】
前記制御デバイスが、電源電圧の電圧値及び／又は前記電気加熱装置（１０；１００）の要求加熱出力に基づき前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）及び／又は前記パルス幅変調デバイス（５２；１２０，１２６）を制御するように設計されている、請求項７に記載の電気加熱装置。
【請求項９】
前記電気加熱装置（１０；１００）の電源電圧の電圧値が、第一の閾値から、前記第一の閾値よりも小さい第二の閾値までの範囲である場合、前記制御デバイスが、前記電気加熱装置（１０；１００）を前記第一の加熱モードにおいて動作させるために前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）を制御するように設計されている、請求項７又は８に記載の電気加熱装置。
【請求項１０】
前記電気加熱装置（１０；１００）の電源電圧の電圧値が第三の閾値よりも小さい場合、前記制御デバイスが、前記電気加熱装置（１０；１００）を前記第二の加熱モードにおいて動作させるために前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）を制御するように設計されている、請求項７〜９のいずれか一項に記載の電気加熱装置。
【請求項１１】
前記電気加熱装置（１０；１００）の電源電圧の電圧値が、前記第三の閾値から、前記第三の閾値よりも大きな第四の閾値までの範囲である場合、前記制御デバイスが、前記電気加熱装置（１０；１００）を第三の加熱モードにおいて動作させるために前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）を切り換えるように設計されている、請求項１０に記載の電気加熱装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電気加熱装置（１０；１００）を含む車両。
【請求項１３】
前記電気加熱装置（１０；１００）の電源電圧が前記車両の搭載ネットワークによって供給される、請求項１２に記載の車両。
【請求項１４】
前記車両が電気自動車である、請求項１２又は１３に記載の車両。
【請求項１５】
前記切換デバイス（１６，１７，２０，２１；１１２，１２２）が、加熱動作のため、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２；１１８）及び前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２を、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２；１１８）と前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）とが直列で接続される第一の加熱モードと、前記第一の抵抗加熱デバイス（１２；１１８）と前記第二の抵抗加熱デバイス（１４；１３２）とが並列で電気的に接続される第二の加熱モードとの間において選択的に切り換える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電気加熱装置（１０；１００）を制御するための方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
【数１】
2014506717.tif 000007
【国際調査報告】
2014506717.tif 000008
2014506717.tif 000009
2014506717.tif 000010
2014506717.tif 000011