T4Forum Zuheizer Steuergeraet V1

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T4forum Zuheizer Steuergerät (B.Rude)

(Nachfolgeprojekt: T4Forum_Zuheizer_Steuergeraet_V2)

Um mit dem Steuergerät den Zuheizer zur Standheizung aufzurüsten bitte auch hier rein schauen:

  • D3WZ Aufrüstung zur Standheizung
  • Zuheizer Adapterkabel (sehr detailliert)

wobei das Steuergerät die Dioden des Adapterkabels schon integriert hat.

Boot Logo
Steuergerät


Funktion:

das Steuergerät schaltet den Zuheizer, die Kühlmittelpumpe, das Lüftungsgebläse und , falls vorhanden, das Trennrelais. Auf dem Display werden die Batteriespannungen, die Külmitteltemperatur und der Heizungsmodus angezeigt. Das Steuergerät kann individuell konfiguriert werden:

  • Abschaltspannung des Zuheizers, Pumpe Lüfter: 11V, 11.5V, 12V oder 12.5V
  • Einschalttemperatur des Lüfters: 20, 30, 40 oder 50 Grad
  • Anzahl der Batterien, eine oder zwei.

Die Konfiguration des Moduls wird nur nach dem Anschluss an das Bordnetz (Einstecken der Sicherung) ausgewertet und kurz auf dem Display angezeigt.

Schaltplan:

(kurz anklicken um die volle Auflösung zu sehen)

Schaltplan


Platine:

Platine
  • KL30 = Dauer-plus
  • KL15 = Zündung
  • KL58 = Licht
  • KL31 = Masse

Die Signale findet man im Leitungsverteiler der ZE oder an der Moduluhr.

Temperatursensor:

Verwendet wird ein kleiner KTY-81 Temperatursensor mit rund 2 kOhm bei Raumtemperatur.

KTY-81 Temperatursensor

Die Sensoren gibt es mit unterschiedlichen Genauigkeiten. Hier kommt der KTY-81 220, KTY-221 oder der KTY81-222 zu Einsatz. Die Widerstände unterscheiden sich um 40 Ohm und da aufgrund der starken Schwankungen der Atmega8 Referenz Spannung jedes Modul ein kalibriert werden muss fallen die 40 Ohm Unterschied nicht weiter ins Gewicht.

Der Widerstandswert erhöht sich über die Temperatur.

Anschlußbelegung der LCD Displays:

Anschlussbelegung der Displays

Das blau/weiße und das blau/schwarze Display sind im Pinning gleich, das grüne weicht leicht ab und die Hintergrundbeleuchtung des grünen Panels benötigt mehr Strom daher wird der Vorwiederstand durch eine Drahtbrücke ersetzt und der begrenzte Strom aus dem Transistor steuert das Backlight.

Strom zum LED backlight

Für das "grüne" Display wird der 330 Ohm Widerstand durch eine Drahtbrücke ersetzt.

Ein 10µF Kondensator, der direkt an der Spannungsversorgung des LCD Displays angelötet wird, macht das Display deutlich robuster gegen Störungen.

Konfiguration der Abschaltspannung und der Einschalttemperatur:

da das Steuergerät mit den wirklichen Größen arbeitet kann mit dem DIP-Schalter die Einschalttemperatur des Lüfters und die Abschaltspannung direkt eingestellt werden.

DIP Schalter Stellungen

Hier ein Bild der Anzeige wenn nur "eine" Batterie konfiguriert wurde

Anzeige bei einer Batterie


Display Helligkeit:

das Modul arbeitet ununterbrochen. Um Strom zu sparen wird die Display Beleuchtung nur eingeschaltet wenn die Zündung an ist (KL15) oder die Beleuchtung (KL58b). Ist die Zündung an und die Beleuchtung wird die Helligkeit reduziert.

Hier einmal der Konfiguration Inhalt mit voller Helligkeit:

Volle Helligkeit

und ein Bild mit gedimmtem Licht

Reduzierte Helligkeit

Dabei ergibt sich nun folgende Lichtsteuerung:

  • Bootlogo = volle Helligkeit
  • Config Bild = volle Helligkeit
  • Licht, Zündung aus = Licht aus
  • Licht, Zündung aus, Heizung an = gedimmt
  • Licht an = volle Helligkeit
  • Zündung an = volle Helligkeit
  • Zündung und Licht an = gedimmt

Das Licht wird langsam auf- bzw. runtergedimmt (Softdimming).

Spannungsanzeige:

auf dem Display sind je nach Konfiguration eine oder zwei Batteriespannungen zu sehen. Diese Anzeige muss einmal über die Einstellpotis kalibriert werden und zeigt dann die exakte Batteriespannung an. Ist die Batteriespannung über 15.00V oder kleiner als die eingestellte Abschaltspannung erscheint hinter der Spannung ein Ausrufezeichen

Voltmeter

Damit lässt sich rasch erkennen das etwas nicht stimmt, entweder ist die Spannung der Lichtmaschine oder des Ladegerätes zu hoch bzw. die Batterie ist entladen.


Eingang: Uhr (Moduluhr)

der Uhren Eingang ist für die Moduluhr vorgesehen. Liegt an diesem Eingang 12V so wird die Heizung eingeschaltet, sofern die Batterie Spannungen nicht unter der konfigurierten Abschaltspannung liegen. Es werden die Batterien überwacht die konfiguriert wurden. Die Starterbarterie wenn das Steuergerät auf "1B" konfiguriert wurde, die Starter und Wohnbatterie wenn das Steuergerät auf "2B" konfiguriert wurde.

Die Anzeige im Display ist "Heize" wenn das Steuergerät die Heizung einschaltet und "LowB" wenn die Batteriespannung zu gering ist

Heizung aktiviert
Unterspannung

Eingang: IN0 (Externe Heiztaste)

dieser Eingang muss gegen Masse gezogen werden um ihn zu aktivieren und wertet ein Tastsignal aus. Einmal gegen Masse gezogen wird die Heizung eingeschaltet, ein weiteres mal gegen Masse gezogen wird die Heizung wieder ausgeschaltet. Dieser Eingang ist für ein Handy, Funksystem usw. vorgesehen. Ist über IN0 (z.b. Handy) die Heizung eingeschaltet worden kann man durch Drücken der Heiztaste an der Moduluhr die Heizung auch wieder ausschalten.

Um zu verhindern das die Heizung so lange läuft bis die Batterie leer ist wird über einen Timer eine maximale Heizzeit von 120 Minuten zugelassen

Timer

Hier auf dem Bild sind noch 120 Minuten Laufzeit. Die Uhr im Atmel ist nicht so genau, bei diesem Modell dauert eine Minute genau 64 Sekunden was aber zu verschmerzen ist.


Eingang: IN1 (Restwärme Nutzung)

dieser Eingang ist auch mit einem Taster gegen Masse zu ziehen und aktiviert die "Restwärmenutzung". Dabei wird die Heizung nicht eingeschaltet sondern nur das Gebläse und die Kühlmittelpumpe. Dabei wird der Lüfter unabhängig von der Kühlmitteltemperatur eingeschaltet, die Batteriespannungen werden überwacht. Die Anzeige im Display ist "RestW". Dieser Modus eignet sich um bei noch warmem Motor den Innenraum aufzuwärmen bzw. eine Weile warm zu halten.

Restwärme

Trennrelais:

Das Steuergerät kann die Spannung der Startbatterie (U1) und der Wohnbatterie (U2) auswerten und steuert darüber das Trennrelais zwischen der Startbatterie und der Wohnbatterie unabhängig vom Motor, Lichtmaschine. Dabei unterstützt das Steuergerät 3 verschiedene Modi:

  • Motor läuft und die Lichtmaschine lädt die Batterien
  • Zuheizer läuft
  • 230V Netzteil ist angeschlossen

Die unterschiedlichen Modi werden entsprechend angezeigt.

230V angeschlossen "#"

230V erkannt

Heizung läuft "+"

Heizung eingeschaltet

Motor läuft "*"

Lichtmaschine lädt

Das Steuergerät stellt in allen Modi sicher das das Trennrelais niemals geschlossen ist wenn der Motor gestartet wird. Das Trennrelais wird sofort getrennt wenn die Zündung eingeschaltet wird und erst nach 10 Sekunden wieder freigegeben. Das gleiche gilt auch für den Heizungsmodus, das Trennrelais wird mit Einschalten der Zündung geöffnet und nach 10 Sekunden wird auf die Batteriespannung geschaut und wenn diese über 13.6V ist wird das Trennrelais wieder geschlossen. So wird sicher eine mögliche Überlastung des Trennrelais und seiner Verkabelung verhindert.

Im 230V Modus wird das Trennrelais erst nach 30 Minuten geschlossen. Das ist notwendig da die Leerlaufspannung der Wohnbatterie nach Abschalten des Motors zu hoch ist um sicher zu detektieren das ein 230V Ladegerät angeschlossen ist.

Der Ausgang für das Trennrelais zieht gegen Masse, das Trennrelais muss an 12V angeschlossen sein (z.B. Startbatterie).

Anschlussplan

Eine Freilaufdiode verhindert Überspannung.

Prüfstand:

sieht noch etwas "wild" aus aber die Anzahl der Krokoklemmen hab ich schon kräftig reduziert.

Prüfstand

Auf dem Bild sieht man die "Prototypenplatine"

Software Updates: Oktober 2010

Service Mode

drückt man die RestW Taste länger als 5 Sekunden kommt man in den Service mode. Hier kann man:

  • Temperatursensor einstellen
  • Trennrelaisspannung einstellen
  • Backlight Hell einstellen
  • Backlight Dunkel einstellen
  • Umschalttemperatur RestW nach Heizen einstellen
  • Trennrelais an/aus beim "Heizen" (ab Software Nov 2011)

alle Einstellwerte werden im EE-Prom gespeichert und bleiben auch nach abklemmen der Versorgungsspannung erhalten. Ist das Steuergerät nicht eingestellt werden Standardwerte geladen. Es können einzelne Werte eingestellt werden, es müssen nicht alle Werte immer neu eingestellt werden

Einstellen der Trennrelais Einschaltspannung

je nach Fahrzeugausstattung, Lichtmaschine usw. kann es im Sommer vorkommen das die Lichtmaschine bei laufender Klimaanlage nicht weit über 13.60V kommt. Um das Steuergerät individuell an das Fharzeug anzupassen kann man nach Einschalten die Einschaltspannung des Trennrelais einstellen: 13.80V, 13.70V bis 13.00V.

13.70V
13.60V

Die Trennspannung ist immer die Abschaltspannung die über die Schalter eingestellt werden: 11.00V, 11.50V, 12.00V oder 12.50V

Kalibrieren der Kühlmitteltemperatur

da die Referenzespannung des ATMEL Prozessors stark schwankt aber die Referenz für den A/D Wandler ist ist es nötig die Temperaturanzeige zu kalibrieren. Nach dem ersten Starten des Steuergerätes hat man die Möglichkeit die Kühlmitteltemperatur einzustellen.

Min/Typ/Max
KTY-81 Temperatursensor

Die Streuungen des Sensors und des Vorwiderstandes sind im Vergleich zum Atmega8 sehr gering. Die Streuung der Referenzespannung wirkt sich auf den Offset und auf die Steigung des Signal aus und Offset (Wert bei 0 Grad) sowie Steigung wird mit der Kalibrierung abgedeckt.

Ist die Kalibrierung einmal vorgenommen wird diese Einstellung im Mikrocontroller gespeichert und sollte die Versorgungsspannung ausfallen automatisch beim erneuten Einschalten wieder geladen. Mit dem neu Einschalten hat man dann aber auch wieder die Möglichkeit neu zu kalibrieren.

Kalibrier Modus

Das Menü nach dem Anklemmen der Versorgungsspannung bietet die Möglichkeit den Temperatursensor zu kalibrieren, drückt man nun die "RestW" Taste kommt man ins Einstellmenü.

Kalibrier Modus

Hält man die RestW Taste kurz gedrückt reduziert sich der angezeigte Kalibrierwert (620) und man sieht gleichzeitig die Temperatur, hier 6 Grad. Hält man die RestW Taste gerückt zählt sich der Kalibrierwert langsam runter.

Kalibrier Modus

Hat man die Temperatur eingestellt schaltet man die Moduluhr auf "Heize" und der Kalibrierwert wird in das EEProm des Atmel geschrieben. Trennt man die Sicherung oder die 12V vom Steuergerät und man hat schon einmal kalibriert kann man neu kalibrieren oder das Steuergerät holt sich den gespeicherten wert aus dem EEProm.

Kalibrierwert laden

Backlight Helligkeit einstellen

es können die Helligkeit: "hell" und "dunkel" eingestellt werden. Das Display ist "hell" wenn die Zündung an aber das Licht aus ist, das Display ist "dunkel" wenn die Zündung an und das Licht an ist oder die Zündung aus und der Zuheizer gestartet wird.

Überwachung des Startvorgangs

um sicher zu stellen das die Heizung auch gestartet hat merkt sich das Steuergerät beim Starten die Temperatur des Kühlwassers und prüft nach einer Weile ob die Temperatur angestiegen ist. Beim Start erscheint z.B. "S: 25" auf dem Display, es wird angezeigt das der Zuheizer das Startsignal bekommen hat und wie viele seit dem Sekunden vergangen sind, hier 17 Sekunden.

Zuheizer Startüberwachung

um Strom zu sparen wird erst nach 120 Sekunden nach dem Start des Zuheizers die Kühlmittelpumpe eingeschaltet. Da der Zuheizer für seinen Selbsttest einige Zeit braucht wird die Batterie in der Zeit nicht unnötig belastet.

Wird in einem Zeitfenster von 10 Minuten kein Temperaturanstieg von 5 Grad festgestellt schaltet die Pumpe und Trennrelais ab. Der Zuheizer bekommt weiterhin das Einschaltsignal um den Fehler auf der Moduluhr zu halten.

Zuheizer nicht gestartet

Hier sieht man in einem erzwungenen Zuheizer Fehlstart das die Temperatur um 2 Grad gestiegen ist weil die Restwärme des Motors das schon etwas abgekühlte Wasser am Temperatursensor erwärmt hat aber der Starttimer ist noch aktive was aufzeigt das nach fast 10 Minuten kein Start erfolgte.

Zuheizer Fehlstart erkannt

Sind die 10 Minuten verstrichen wird "Stop" angezeigt und alle Verbraucher abgeschaltet, das Trennrelais wieder getrennt.

Fehlermeldung bleibt erhalten

Hier ein Bild eines simulierten Fehlstarts. Während des Startversuchs wird der Lüfter im Innenraum nicht aktiviert um Strom zu sparen. Erkennt das Steuergerät das sich im Zeitfenster die Temperatur um 5 Grad angehoben hat wird der Zuheizer Start erkannt, es wird "Heize" angezeigt und der Lüfter wird freigegeben wenn die Solltemperatur erreicht ist.

Zuheizer erfolgreich gestartet

Das Zeitfenster von 10 Minuten ist nötig da der Zuheizer nach dem ersten Fehlstart einen zweiten Start versucht. Mit dieser Überwachung wird sichergestellt das während des Zuheizerstarts der Innenraumlüfter nicht läuft und maximal nach 10 Minuten die Kühlmittelpumpe und das Trennrelais abgeschaltet werden wenn kein Start erfolgte.

Zuheizer Start bei warmen Kühlwasser

Wird die Heizung bei warmen Motor eingeschaltet wird zuerst der Restwärme Modus aktiviert bis die Temperatur erreicht ist die dann in den Heizungsmodus wechselt. Im Service Mode kann diese Umschalttemperatur eingestellt werden ( 90 Grad, 80 Grad bis runter auf 30 Grad). Die 90 Grad Konfiguration entspricht einem "OFF" und der Zuheizer wird gleich eingeschaltet.

Dynamische Lüftereinschalttemperatur

der Zuheizer ist mit seiner 3 kW Heizleistung bei sehr niedrigen Temperaturen nicht mehr in der Lage das Kühlwasser sehr zügig aufzuheizen. Um aber auch an sehr kalten Tagen eine freie Scheibe bei akzeptabler Heizzeit zu haben wird der Lüfter bei Temperaturen unter 0 Grad bei 10 Grad weniger als eingestellt eingeschaltet. Hat man z.B. 40 Grad eingestellt wird bei unter 0 Grad der Lüfter schon bei 30 Grad eingeschaltet.

Software Updates: November 2011

Panel, DIP Schalter und EEPROM

beim Einschalten der Zündung wird das LCD Panel neu Initialisiert um Panel die über Temperatur oder elektrische Störungen das Setup verloren haben wieder in den Betrieb zu schalten. Zeigt das LCD Panel komische Zeichen, reicht es nun aus die Zündung einzuschalten und das LCD Panel ist komplett neu initialisiert und sollte wieder normal arbeiten. Es gibt LCD Panel die sehr stabiel laufen aber auch welche die etwas empfindlicher auf Spannungsspitzen im Boardnetz reagieren, insbesondere bei langen Anschlußleitungen vom Panel zum Steuergerät. Auch können starke Spannungswandler stören, mein digitales Xenon Steuergerät habe ich ausgebaut weil das Einschalten des Lichts dazu geführt hat das sich das KI und das Zuheizersteuergerät Display rettetet haben.

Zusätzlich wird der DIP-Schalter neu eingelesen womit man nun Änderungen am DIP Schalter mit dem Einschalten der Zündung übernehmen kann. Die Eingestellten und im EEPROM gespeicherten Werte des Service-Modes werden auch erneut eingelesen.

Sobald der Begrüßungstext angezeigt wird ist das Panel neu initialisiert, der DIP Schalter neu eingelesen und das EEPROM ausgelesen. Wurde der DIP-Schalter verändert wird nach dem Begrüßungstext die neue DIP Schalter Konfiguration gezeigt.

Solar Modus

mit dem Einbau einer Solaranlage habe ich die Trennrelaissteuerung erweitert. Bisher wurde das Trennrelais geschlossen wenn der Bus an 230V angeschlossen war und mit dem Einschalten der Zündung wieder getrennt da man üblicher Weise auf dem Campingplatz den 230V Anschluss abklemmt wenn man wieder weiter fahren möchte.

Bei der Solaranlage hat man aber unter Umständen ständig wechselnde Ladebedingungen. Die Trennrelaissteuerung wurde so umgeschrieben das das Steuergerät einmal pro Stunde schaut ob die Einschaltspannung des Trennrelais (Service Mode) noch überschritten ist, ist das nicht der Fall wird das Trennrelais wieder abgeschaltet. 30 Minuten später wird wieder überprüft ob das Trennrleias wieder für eine Stunde eingeschaltet werden soll oder nicht.

Damit wird die Wohnbatterie bevorzugt geladen und die Startbatterie über das Trennrelais nur zugeschaltet wenn die Wohnbatterie mit der eingestellten Ladespannung geladen wird. Bricht beim Zusammenschalten der Batterien die Ladespannung zusammen bleibt das Trennrleias für eine Stunde geschlossen um die Startbatterie aufzufrischen und dann wird wieder getrennt. Die Wohnbatterie dann wieder bevorzugt geladen.

Das hat sich in der Praxis bewährt, Wohn- und Startbatterie sind in der Regel komplett geladen wenn die Sonne eine Weile scheint.

Trennrelais beim "Heizen"

in der Regel ist der Zuheizer auf die Startbatterie geschaltet (original Verkabelung) und die Wohnbatterie wird beim Betrieb des Zuheizers via Trennrelais dazugeschaltet. Sollte jemand den Zuheizer auf die Wohnbatterie geschaltet haben kann er im Service Menü diese Funktion deaktivieren.

Anzeige

Die Anzeige wurde leicht modifiziert. Bei Überspannung erscheint nun ein ">" und bei Unterspannung ein "<" vor der Spannung.

Download: PCB und Software

Schaltplan, Layout und Software kann man hier runter laden: Unterlagen im T4Forum

Anschluss

Ohne Climatronik
Blaue Climatronik
Grüne Climatronik

Gruß Frank