CN101346249A - 用于独立于发动机的加热器的控制装置、加热器、加热系统、以及用于控制独立于发动机的加热器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于一种独立于发动机的加热器(3)的一种控制装置(12)，该加热器加热一个特别用于机动车辆的传热介质回路(1)的一种液态传热介质。当该传热介质的实际温度梯度((dT/dt)_Ist)等于或大于一个温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)时，所述控制装置(12)减少加热器(3)的能力。该控制装置(12)，根据该传热介质的一个目标温度(υ_Soll)与一个实际温度(υ_Ist)之间的温度差值(Δυ)，动态地确定该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)。本发明还涉及一种加热器(3)，一种加热系统(1)、以及用于控制本发明的加热器(3)的一种方法。

Description

用于独立于发动机的加热器的控制装置、加热器、加热系统、以及用于控制独立于发动机的加热器的方法

本发明涉及一种用于独立于发动机的加热器的控制装置，该加热器对特别用于机动车辆的传热介质回路的一种液态传热介质进行加热，当该传热介质当前的温度梯度等于或大于一个温度梯度阈值时，该控制装置减少加热器的加热能力

本发明另外还涉及一种加热器和一种加热系统。

另外，本发明涉及用于控制一个独立于发动机的加热器的一种方法，该加热器对特别用于机动车辆的传热介质回路的一种液态传热介质进行加热。

在先有技术中已知存在着对整合在一个传热介质回路中的加热器进行过热危险的早期检测的措施。在此情况下的目的是在实际过热状态发生前清楚地检测危险的过热状态，使得有可能在加热器或传热介质回路发生损坏前采取对应措施。

DE 195 24 260 C2披露了一种用于独立于发动机的加热器的控制装置、一种加热器、一种加热系统以及用于控制独立于发动机的加热器的一种方法。在DE 195 24 260 C2中描述的加热器特别用于加热机动车辆的内部。在运行时，在这种加热器的情况下，当传热介质的一个当前温度梯度超过一个温度梯度阈值时，加热能力被减少或加热器被关闭。将温度梯度的不同阈值选为传热介质的当前温度的一个函数。因此，只要温度水平保持较低并且因而明确的低于一个危险的温度水平，就可允许一个比较快速的升温而没有过热危险。相比之下，一旦已经达到高温，就仅有一个比较慢速的升温仍被允许。

因此，由于温度梯度的阈值被赋予传热介质的固定温度值，所以这种赋值作为例如传热系统的特性(诸如热力学特性)的一个函数而必须预先规定。在改变传热系统后，例如使用另一种传热介质后，该加热器的控制现在只能有条件地使用并且不再与该改变了的系统相适配。

因此，本发明的目的是开发该属类的组成部分以及该属类方法，其方式要使得灵活的加热器控制成为可能，该加热器更早地并且以一种更加区别清楚的方式来检测一个可能的过热情况。

这个目的是通过独立权利要求的特征得以实现。

本发明的有利的优化和发展遵循从属权利要求。

本发明的用于一种独立于发动机的加热器的控制装置建立于该属类先有技术之上，它所依据的事实是该控制装置将该温度梯度阈值动态地确定为有待实现的传热介质的一个目标温度与一个当前传热介质温度之间的温度差值的一个函数。因为该温度梯度阈值是动态确定的，这就是说，是以一种多次重复的方式确定的，准确的温度梯度阈值(在超过该温度梯度阈值时可发生传热系统或其中的组成部分的过热状态)永久地存在。另外，由于温度梯度阈值是作为实际和所希望温度之间的温度差值的一个函数而确定的，所以该控制装置也适合用于一种加热器，在这种加热器的情况下传热介质的目标温度发生变化。传热介质的这一目标温度，例如，可取决于所使用的传热介质，这样当使用一种传热介质而在该传热介质的情况下过热状态发生在一个较低温度时，总体上一个较低的最大目标温度是可允许的。另外，可想象在不同的运行阶段中将目标定为使该传热介质在不同的温度水平下运行。在本发明的基础上、在不同的目标温度下、能够以一种可靠的方式来进行危险的过热状态的检测。由此而来的是该传热系统或其中的一个组成部分的一种可能的过热状态能够通过本发明的控制装置以更加有区别的方式并且更早地被检测出来。

本发明的控制装置可借助以下事实而有利地进行发展，即在确定温度梯度阈值时，该控制装置还考虑了一个环境温度。因此，在危险的过热状态的检测过程中，还考虑了使用本发明的加热器或本发明的加热系统时所处的环境，包括在不同气候的区域中对于机动车辆的使用。例如，如果环境温度相对较低，那么与环境具有较高温度的情况相比，一个高温度梯度对于一个过热的情况具有较小的指示意义。本发明的控制装置根据这个发展将环境考虑在内。

在本发明的控制装置的一个优选实施例中，另外它还提供了由该控制装置通过计算来确定该温度梯度阈值。该温度梯度阈值的最佳确定是由于该温度梯度阈值的动态的(这就是说不断重复的)计算而实现的。可替代地，该控制装置可通过从一个表中读取而确定该温度梯度阈值。这里，确定一个过热状态的准确性取决于在该表中用于储存温度梯度阈值的间隔。计算具有的优点是无需预先准备任何消耗内存的表，然而，若是这种情况，该温度梯度阈值是在接近本发明的控制装置正被运行时来确定。

此外，本发明的控制装置能够发展为使该控制装置借助以下等式来确定该温度梯度阈值

${\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)}_{\mathrm{Schwell}}=c_1{\left(\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\Δt}}\right)}^2+c_2\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\Δt}}+c_3,$

其中，c₁、c₂、以及c₃是预先确定并储存在该控制装置中的系数。这里，在该温度梯度阈值的确定中不是必须涉及该环境温度。例如，可想象这些系数预先通告试验来确定并存储在控制装置中。此外，根据所选传热系统组成部分、所选传热介质，等等，计算可作为预先确定的这些系数的基础。

可替代地，本发明的控制装置可发展为使该控制装置借助以下等式来确定该温度梯度阈值

${\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)}_{\mathrm{Schwell}}=c_1{\left(\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\Δt}}\right)}^2+c_2\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\Δt}}+c_3,$

其中，c₁、c₂是由该控制装置作为该环境温度的一个函数来确定的，而c₃是预先确定并储存在控制装置中的一个系数。

这些公式提供了确定该温度梯度阈值的一个具体方法。

本发明的加热器、加热系统以及用于控制该加热器的方法是基于该属类的先有技术，这是由于以下的事实，即，该控制装置动态地将该温度梯度阈值确定为有待实现的该传热介质的一个目标温度与一个当前传热介质温度之间的温度差值的一个函数。因此，结合本发明的控制装置所阐述的优点和特性是以相同的或一种类似的方式产生。

以下借助附图以举例方式对本发明的一个优选实施例进行说明，在附图中：

图1示出了本发明的加热系统的一个示意性框图；以及

图2示出了曲线图，该曲线图提供了温度梯度阈值和待实现的该传热介质的目标温度与一个当前传热介质温度之间的温度差值的函数关系的定性说明。

图1示意性地示出了该传热系统或传热介质回路1(例如，具有用于机动车辆的加热器的一个冷却剂回路)的一个实例。如箭头所标示的，一种传热介质(例如可包括添加剂的水)在该传热介质回路1中循环。该传热介质回路1包括一个循环泵2、一个独立于发动机的、燃料运行的加热器3，其中整合了该循环泵2，以及配置了一个车辆加热风扇5的热交换器4。将传热介质加热并启动风扇5，热量被输出至一个车辆的内部6，它在图1中由位于点划线右边的部分示意性地示出。

该加热器3具有一个入口7和一个出口8。入口7和热交换器4的出口侧可引向例如一台内燃机(未示出)。另外，该加热器3包括一个计量泵9和一个燃烧空气风扇10用于向燃烧组件中输送燃烧空气和燃料(未另外详细示出)。此外，使传热介质在传热介质回路1中回路的循环泵2被整合在该加热器3中。在图1中由11所表示的是一个温度传感器，它方便地以一种在其中整合的方式被安排在该加热器3的出口8的区域中，并且在加热器3的出口处检测传热介质的温度(υ_Ist)。

该温度传感器11的输出连接至一个控制装置12，其输出连接至循环泵2、计量泵9以及燃烧空气风扇10。本发明的实质在于该控制装置12可以影响加热器3的一种方式为它可控制其加热能力。这可通过适当地驱动计量泵9和/或燃烧空气风扇10来实施。例如，该控制装置12还可连接至该加热器内的一个运行控制器(未示出)，该控制装置12仅将一个目标加热能力传递至该运行控制器，并且专门用于加热器的该运行控制器适当地驱动计量泵9和燃烧风扇10，从而达到这个目标加热能力。该控制装置12本身也可整合在加热器3中。

该加热器3启动后，通过该温度传感器11以特定的时间间隔将传热介质温度(υ_Ist)输出至该控制装置12，并由后者对其进行评估。在这种情况下，该控制装置12评估该传热介质每个时间单元的温度升高，以产生该传热介质的瞬时温度梯度((dT/dt)_Ist)。在此情况下，该温度梯度((dT/dt)_Ist)的检查与计算以一个待确定的时间间隔来进行。为了这个目的，该控制装置要求以一个预定时间间隔测量至少两个的传热介质温度(υ_Ist)，用于计算当前温度梯度((dT/dt)_Ist)的目的。

该传热介质的这一确定的当前温度梯度((dT/dt)_Ist)与一个温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)在不断重新的重复中进行比较。该当前温度梯度((dT/dt)_Ist)一旦达到或超过该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)时，这就是一种过热状态发生的危险的一种早期指示，并且加热器3的加热能力被减小或加热器3被关闭。

这样一种过热状态可能由一种干燥过热引起，这就是说，在该加热器3的传热介质中缺少冷却剂，或由该传热介质回路1中的一种静态传热介质引起。在检测一种可能即将发生的过热状态的情况下所必须的是，该控制装置12及其早地检测并区分出一个可能的过热状态。因此，重要的是该加热器3及早减小加热能力以便不达到一个安全临界温度范围。在本披露的范围内，术语“减小加热能力”还包括完全关闭该加热器3，在这种情况下该加热能力被减小至零。

为了在上述的传热介质的当前温度梯度((dT/dt)_Ist)与一个温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)之间进行比较的目的，对该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)动态地重新计算，这就是说，在不断的重新重复中。

为此，待达到的传热介质的目标温度(υ_Soll)与传热介质的当前温度(υ_Ist)之间的温度差值(Δυ)是首先使用以下等式来计算：

Δυ＝υ_Soll-υ_Ist.

结果，该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)是作为这个计算出的温度差值(Δυ)的一个函数、并且作为该环境温度(T_amb)的一个函数、使用以下等式来进行计算：

${\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)}_{\mathrm{Schwell}}=c_1{\left(\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\Δt}}\right)}^2+c_2\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\Δt}}+c_3.$

这里，c₁和c₂是作为该环境温度(T_amb)的一个函数待确定的系数。为此，通过一个环境温度传感器(未示出)检测该环境温度(T_amb)，并将其输出至控制单元，在该控制单元上以特定的时间间隔重新计算系数c₁和c₂。Δt构成一个任意的时间间隔，理想情况下它具有检测到的温度梯度的物理单位并具有值1。

c₃是一个待确定的系数并且不是环境温度(T_amb)的一个函数。例如，该系数c₃可借助试验或模拟而预先确定。

可替代地，也可想象独立于环境温度(T_amb)的计算。然而，在此情况下，系数c₁和c₂并不是必须消失。在这种情况下，例如，该系数c₁和c₂同样可借助试验或模拟而确定。

在图2中定性地示出借助以上等式进行的该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)的计算。这里，横坐标示出了该温度差值(Δυ)，而纵坐标示出了该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)。

由图2应看出，允许的最大温度梯度((dT/dt)_Ist)，这就是说温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)，随温度差值的增大(例如，在加热器的起始阶段)而升高。由此可以实现开始时说明的优点。

一个燃料运行的加热器3被用于说明该优选实施例。然而，本发明并不局限于此，而是还可用于电力运行的加热器的情况中。

另外，该温度传感器11不必直接测量传热介质的温度。例如，燃烧组件可围绕有一个封闭的液态热交换介质，通过该热交换介质使传热介质被加热。在这种情况下，还可考虑测量该热交换介质的温度。

在以上的说明以及所附的权利要求中，术语“控制”旨在还包括“调节”。因此，例如，该加热器3的驱动的描述还旨在包括这种驱动是在一个调节过程中进行。

在以上说明和附图中以及在权利要求书中所披露的本发明的特征即可以单独地也以及在任何希望的组合中对实施本发明是必需的。

参考符号清单：

1  传热介质回路

2   循环泵

3   加热器

4   热交换器

5   车辆加热风扇

6   车辆内部

7   加热器入口

8   加热器出口

9   计量泵

10  燃烧空气风扇

11  温度传感器

12  控制装置

Claims (12)

1.一种控制装置(12)，用于独立于发动机的加热器(3)，特别用于机动车辆的该加热器(3)加热传热介质回路(1)的液态传热介质，当该传热介质的当前温度梯度((dT/dt)_Ist)等于或大于温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)时，该控制装置(12)减少该加热器(3)的加热能力，其特征在于，该控制装置(12)根据要达到的该传热介质的目标温度(

_Soll)与当前传热介质温度( _Ist)之间的温度差值(Δ

)，动态地确定该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)。

2.根据权利要求1所述的控制装置(12)，其特征在于，在确定该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)时，该控制装置(12)还要考虑环境温度(T_amb)。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置(12)，其特征在于，该控制装置(12)通过计算来确定该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)。

4.根据前述权利要求之一所述的控制装置(12)，其特征在于，该控制装置(12)借助以下公式来确定该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)

${\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)}_{\mathrm{Schwell}}=c_1{\left(\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\Δt}}\right)}^2+c_2\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\Δt}}+c_3,$

其中，c₁、c₂以及c₃是预先确定的并储存在该控制装置(12)中的系数。

5.根据权利要求1至3之一所述的控制装置(12)，其特征在于，该控制装置(12)借助以下公式确定该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)

${\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)}_{\mathrm{Schwell}}=c_1{\left(\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\Δt}}\right)}^2+c_2\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\Δt}}+c_3,$

其中，c₁和c₂是由该控制装置(12)根据该环境温度(T_amb)确定的系数，而c₃是预先确定的并储存在该控制装置(12)中的系数。

6.一种特别用于机动车辆的加热器(3)，具有：

-独立于发动机的热源，该热源用于加热位于传热介质回路(1)中的液态传热介质，

-温度传感器(11)，该温度传感器用于在该传热介质离开该加热器(3)的出口的周围检测该传热介质的当前温度，以及

-根据权利要求1至5之一所述的控制装置(12)，该控制装置用于控制该加热器(3)的加热能力。

7.一种特别用于机动车辆的加热系统，具有：

-传热介质回路(1)，该回路充有能够吸收热能、将其进一步输送并在预定位置将其再次输出的液态传热介质，以及

-根据权利要求6用于加热该传热介质的一个加热器(3)。

8.一种控制方法，用于控制独立于发动机的加热器(3)，特别用于机动车辆的该加热器(3)加热传热介质回路(1)的液态传热介质，该方法具有以下步骤：

-确定该传热介质的当前温度梯度((dT/dt)_Ist)，

-确定温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)，

-将该当前温度梯度((dT/dt)_Ist)与该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)进行比较，并且

-当该当前温度梯度((dT/dt)_Ist)等于或大于该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)时，减小该加热器(3)的加热能力，

其特征在于，该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)是根据要达到的该传热介质的目标温度(

_Soll)与当前传热介质温度(

_Ist)之间的温度差值(Δ

)动态地确定的。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在确定该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)时还考虑了环境温度(T_amb)。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)是通过计算来确定的。

11.根据权利要求8至10之一所述的方法，其特征在于，该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)是借助以下公式来确定的

${\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)}_{\mathrm{Schwell}}=c_1{\left(\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\Δt}}\right)}^2+c_2\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\Δt}}+c_3,$

其中，c₁、c₂以及c₃是预先确定的系数。

12.根据权利要求8至10之一所述的方法，其特征在于，该温度梯度阈值((dT/dt)_Schwell)是借助以下公式确定的

${\left(\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}\right)}_{\mathrm{Schwell}}=c_1{\left(\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\Δt}}\right)}^2+c_2\frac{\mathrm{\Δv}}{\mathrm{\Δt}}+c_3,$

其中，c₁和c₂是根据该环境温度(T_amb)确定的系数，而c₃是预先确定的系数。

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