CN101522448B - 汽车辅助电加热器的工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车电加热器，汽车上至少有：一个可重复充电的电化学电池作为电源；一个与这个电池相连接的、被一个汽车驱动发动机驱动的发电机。这个发电机能够在驱动发动机工作时向辅助电加热器供电。根据本发明的设计，在发电机不供电的情况下，辅助电加热器也能在需要时获得电流，方法是将辅助电加热器连接到至少一个作为电源的电化学电池上；此电化学电池的充电状态受到监控；若通过受到监控的电化学电池对辅助电加热器进行供电，在此电化学电池的充电状态低于一个下限值时，供电中断。

Description

汽车辅助电加热器的工作方法
技术领域
本发明涉及一种汽车电加热器的工作方法。 
背景技术
现代柴油发动机具有很高的热/机械效率，以至于其不能再产生足够的废热，来供快速加热汽车内部空间使用。为解决这个问题，人们加装了辅助电加热器，在大多数情况下，这种加热器以正温系数元件作为加热元件。在发动机运行时，辅助电加热器从汽车发电机获得必要的电流。若发动机停机，则发电机无法再供电。为了在发动机不工作时也能对汽车内部空间进行加热，人们使用了驻车加热装置。 
传统的驻车加热装置，燃烧汽车携带的燃料，即柴油或汽油，从而加热被风扇吹入汽车内部空间的空气，或者加热汽车供热循环系统中的水，并通过热交换器将热量散发到空气中，然后被加热的空气通过风扇进入车辆内部。这种传统的驻车加热装置价格相对昂贵且需要较大空间，还会产生废气，有时也产生烟雾。因此在实践中它只在户外使用，而不能在家庭车库、停车楼或在地下停车场使用 
根据DE 10355396A1可知，一个正温系数辅助加热器也可以作为驻车加热器使用，其所需要的电流由公共交流电网提供。因为汽车内的正温系数辅助加热器，其工作电压通常是12伏直流电压，所以它并不能简单的使用230伏交流电压运行。为此DE 10355396A1建议：在汽车行驶中并联的正温系数加热元件，作为驻车加热装置工作时进行串联，比如将16个正温系数加热元件进行前后串联，以便将230伏的电网电压按照此种方式均匀的分配到16个正温系数加热元件上。其缺点是：只有车旁边存在可以够得到的电源插座时，这种辅助电加热器才可作为驻车加热器使用。但是在大多数情况下却不具备这种条件，特别是当汽车停在户外的时候，但恰恰在此种情况下，汽车最需要一个可以正常工作的驻车加热器。 
DE 10355397A1公布了一系列具备驻车空气调节功能的空调装置，他们都带有一个作为辅助驱动装置的小型柴油发动机。但它们在工作时噪音大、笨重、价格昂贵，并同样会产生不符合要求的有害废气。为解决这些弊端，DE 10355397A1建议安装一个辅助 供能装置或紧急供能装置(此处不再详细描述)，能量供应可以用一个电动机通过交流电网实现，多余的能量通过可作为发电机使用的电动机，向汽车的其他用电器提供。这种方法有着与DE 10355396A1所述方法相同的缺点。 
DE 19912764A1公布了一种用于加热汽车内部空间的移动加热装置，这种装置避免了对电源插座的依赖性，因为它含有一种储能介质(如耐火砖)，储能介质事先在室内被加热，然后在汽车内通过鼓风机将其热量放出，鼓风机装在移动加热器中，通过汽车蓄电池提供的电流工作。这样的移动加热装置生产价格昂贵，使用麻烦而且笨重，无法随意携带。 
发明内容
作为本发明基础的任务是：设计一种更为简单的、费用更为低廉的驻车状态汽车加热方法。 
这个任务将通过使用以下的方法加以解决： 
一个作为电源的、可重复充电的电化学电池；一个与这个电池相连接的、被一个汽车驱动发动机所驱动的发电机，这个发电机能够在驱动发动机工作时向辅助电加热器供电；在发电机不供电的情况下，辅助电加热器也能在需要时获得电流，方法是将辅助加热器连接到至少一个作为电源的电化学电池上；在驱动发动机停机时，辅助电加热器在循环空气运行模式下工作；此电化学电池的充电状态受到监控；若通过受到监控的电化学电池对电加热器进行供电，在此电化学电池的充电状态低于一个极限值时，供电中断。 
本发明的优化改进方案具有以下的特征： 
根据测量出的温度进行选择被监控电化学电池的充电状态的极限值。 
对水冷驱动发动机的冷却水温度进行测量；根据测量出的冷却水温度进行选择被监控电化学电池的充电状态的极限值。 
被监控电化学电池的充电状态的极限值，按下面的标准进行预先选择：在达到充电状态的极限值时，被监控电化学电池的电量，尚足够启动内燃发动机使用。 
对于仅由一台汽油发动机或一台柴油发动机驱动的汽车，电化学电池的充电状态的极限值根据汽车生产商的规定确定。 
辅助电加热器通过一个无线电信号，控制连接到至少一个电化学电池上。 
如果一个测量汽车内部空间空气温度所用的温度传感器发出信号：预先设定的温度极限值已超出，那么在达到被监控电化学电池的充电状态的极限值之前，就关闭辅助电加热器。 
温度极限值可单独选择。 
如果加热时间超过预定的极限值，那么在达到被监控电化学电池的充电状态的极限值之前，就关闭辅助电加热器。 
加热时间极限值可单独进行预先设定。 
被监控的电化学电池是一个蓄电池，所述蓄电池是启动器蓄电池。 
被监控的电化学电池是一个燃料电池。 
被监控的电化学电池是一个金属氢化物蓄电池、或者是一个锂离子蓄电池。 
如果除了启动器蓄电池外，汽车上还带有一个另外的电化学电池，那么只有启动器蓄电池受到监控。 
所述一个另外的电化学电池是一个燃料电池、一个金属氢化物蓄电池或一个锂离子蓄电池。 
DE 10355A1公布了一个这样的方法。通过这种方法，空调设备与一个辅助电加热装置(后来简称辅助电加热器)协同工作。 
根据本发明，汽车上带有：至少一个可重复充电的电化学电池作为电源；一个与这个电池相连接的、被一个汽车驱动发动机驱动的发电机。这个发电机能够在汽车行驶时向辅助电加热器供电。在发电机不供电的情况下，辅助电加热器也能在需要时获得电流。在这种情况下，加热器被连接到至少一个作为电源的电化学电池上；这个电化学电池的充电状态受到监控；若通过受到监控的电化学电池对辅助电加热器进行供电，在此电化学电池的充电状态低于一个下限值时，供电中断。当汽车停驶、被汽车驱动发动机驱动发电机停止供电时，通过以上方式也可产生加热所需热量，前提是供电的电化学电池充电状态允许，并且能够保持预先规定的剩余电量。可以使用比如铅蓄电池、镍-金属氢化物电池、锂离子蓄电池和燃料电池作为电化学电池。 
本发明具有以下根本性优点 
1、本发明只需极小费用即可实现 
2、在许多汽车上，电化学电池的充电状态已经可以监控。在这种情况下，用于辅助电加热器和(如有必要)通风设备以及/或空调的、已经存在的控制装置，只需按照本发明进行适应性调整，即能够实现符合本发明的运行方法。 
3、目前汽车中的控制装置，主要是借助于电子计算功能块进行工作，如微处理器、微控制器或专用集成电路(ASIC)。在这些情况下，本发明可通过对相关计算功能块的编程进行适应性调整而实现。如果汽车尚未安装监控电化学电池充电状态所需要的测量传感器，应予以安装，除此以外在以上情况下不需要额外的硬件。 
4、符合本发明的方法可以单独或者(大多数情况下)通过软件的适应性调整实现。这就使得本发明很容易根据汽车生产商的要求单独适应不同的汽车型号。所以在各种设计类型应用方面，本发明为用户或供货商提供了高度的灵活性。 
5、汽车中现存的辅助电加热器可有双重用途：停车时作为驻车加热器使用；行驶时作为辅助加热器使用，并通过汽车发电机供电。 
6、实现本发明所需费用十分合算。 
7、通过现存辅助加热器的双重用途，在汽车上节约了结构空间，降低了重量。 
8、避免了传统的、燃烧燃料的驻车加热器的缺点：如排放有害废气、产生有害烟雾以及难闻气味、发生故障时会有起火危险等。 
9、辅助电加热器既可作为驻车加热器使用，又可作为辅助加热装置使用，这种情况会促使那些至今尚未带有辅助电加热器的汽车，也会安装使用，从而提高了辅助加热器的销售量，并进而降低了辅助加热器的价格，因为通过生产批量件数的提高，会使生产变得更加经济合理。 
10、本发明不仅适用于柴油发动机驱动汽车，也适用于汽油发动机驱动汽车、电动机驱动汽车(电动机通过燃料电池供电)、混合动力驱动汽车(即通过一个汽油发动机或柴油发动机配合一个电动机进行驱动，电动机通过燃料电池或现代蓄电池如镍-金属氢化物蓄电池供电)。拥有一台驱动电动机的汽车(电动机通过燃料电池供电)，尤其适合于应用本发明，因为相对于传统的铅蓄电池(这种蓄电池安装在只使用一台汽油发动机或柴油发动机驱动的汽车上，当辅助加热器作为驻车加热器工作时，这个蓄电池负责供电)，燃料电池能够提供更多的加热用能量。 
附图说明
图1：将本发明所述功能集成到汽车上已存在的部件中。 
图2：本发明借助于一个单独的控制装置，并通过在汽车现有的部件上进行功能集成实现。 
图中标记数字代表： 
1带有集成译码器的遥控接收器 
1a不带译码器的遥控接收器 
1b译码器 
2控制器(电源管理控制器或驻车加热器控制器) 
3空调设备 
4全自动电子空调控制器 
5数据总线 
6阀门调节驱动装置 
7风扇 
8辅助加热器 
9温度传感器 
10汽车蓄电池 
11测量装置 
具体实施方式
权利要求1指出：如果汽车上的发电机不供电，辅助电加热器在需要时可以连接到一个或多个安装于汽车内的、作为电源的电化学电池上。通常情况下所用发电机是安装于车内的汽车专用发电机，但也可以是某种其它类型的发电机，它只能在汽车行驶时供电，在汽车停驶时无法供电。在发电机不供电时连接辅助电加热器的电化学电池，对于只通过汽油发动机或只通过柴油发动机驱动的汽车来说，属于汽车蓄电池，它也被称为启动器蓄电池，因为其主要任务是启动内燃机。通常情况下，启动器蓄电池是一种铅蓄电池，或是一种其它类型的蓄电池，这种蓄电池在停车时可以供电(只要其充电状态允许)，在行驶时又能通过车上的发电机进行充电。有的汽车只通过一个或几个电动机驱动，或通过一个或几个电动机配合一台汽油发动机或柴油发动机驱动(混合动力驱动)，而且其中至少有一台电动机由燃料电池供电。在这种汽车上，辅助加热器可以由燃料电池供电。在此种情况下，按照本发明的理解，燃料电池也属于一种电化学电池。燃料电池通过氢燃料的冷态燃烧获取电流，在汽车的电驱动方面，燃料电池代表着目前的技术水平。混合动力驱动汽车也可以不使用燃料电池，而使用可重复充电的金属氢化物蓄电池，作为电力驱动的电源，特别是可以使用镍-金属氢化物电池或锂离子蓄电池，它们在本发明中也被称为电化学电池。 
按照本发明需要进行监控的电化学电池充电状态，在使用起动机蓄电池、金属氢化 物蓄电池和锂离子蓄电池的情况下，应理解为通常以安培·小时给出的蓄电池充电状态。在汽车借助于燃料电池驱动的驱动的情况下，根据本发明，电化学电池的充电状态是指燃料电池中可供冷态燃烧使用的燃料存量。目前借助于燃料电池驱动的汽车，都会使用这种燃烧氢的燃料电池。氢燃料被置于液化气瓶中、或放入高压气瓶中、或者置于以金属氢化物(如氢化锆)为基的固体存储物质中，由汽车随车携带。在这种情况下，根据本发明，电化学电池的充电状态是指尚存在的氢燃料存储量。 
有的汽车只通过汽油发动机或柴油发动机驱动，在发动机停机时只有启动器蓄电池可为辅助加热器供电。在这种汽车上，充电状态的下限值合理选择标准是：蓄电池的剩余电量还可以保证汽车的可靠启动。 
对于一个以燃料电池驱动的汽车来说，充电状态下限值的合理选择标准是：剩余的氢燃料储量，可以保证汽车到达一个能够补充氢燃料的加气站。 
对于带有混合动力驱动装置和燃料电池的汽车来说，如果能够保证：汽车的汽油箱或柴油箱内尚有足够的燃料，以使汽车到达最近的加油站，那么车上存储的氢燃料，就可以全部用于作为驻车加热装置使用的辅助加热器。 
有的汽车带有混合动力驱动装置和两块蓄电池(如带有一个启动器蓄电池和一个金属氢化物蓄电池)。在这种情况下，其中一块蓄电池的电量可完全用于作为驻车加热装置工作的辅助加热器。目前市售的混合动力汽车带有两块蓄电池：一块12伏启动器蓄电池和一块用于电动机的201.6伏镍-金属氢化物电池。在这种情况下，最好是使用金属氢化物蓄电池的电量，而慎用启动器蓄电池，以保持其启动能力。 
启动器蓄电池的启动能力不仅取决于充电状态，也取决于温度。蓄电池越凉，其可提供的功率越小。因此，选择充电状态极限值(达到这个极限值之前，蓄电池可向辅助加热器提供电流)的时候，要根据温度情况。为此较好的做法是测量车辆驱动发动机的温度，特别是冷却水的温度。如果汽车停车时间较长，那么冷却水的温度、蓄电池温度以及外界温度就会处于平衡状态。如果发动机停机后尚有余热，那么冷却水的温度就会与蓄电池温度有所差别。即使是在这种情况下，蓄电池仍然保有在先前车辆运行时获取的余热，这有可能是因为它间接从发动机吸收了热量，也有可能是因为它通过充电过程被加热了。这种情况下对于冷却水温度的测量是有益处的，可以一方面保证蓄电池的启动能力，另一方面能尽可能多的从蓄电池获取加热用能量。 
但是也可以在不考虑温度变化的情况下，确定启动器蓄电池的充电状态极限值，也就是说，要保证启动器蓄电池在最低温度下(如-30℃)，仍然具有启动能力。对于这样 的一个温度相关极限值，人们可以将其确定为蓄电池额定容量的一定部分。那些同时规定辅助加热器加热最大时间的汽车生产商，采取了这种确定充电状态极限值的方法。 
现代汽车上带有一种可通过无线电操纵的开关装置。尤其是在这类汽车上，通过无线电信号将辅助电加热器连接到电化学电池上，成为本发明的一个优化设计方案。对于一辆夜间停放在街道上的汽车，可以不必离开屋子，而是以这种方式通过无线电信号使辅助加热器连接到电化学电池上。在一辆装有移动信设备的汽车上，可以使用相应的方法。这种情况下，人们发出一个通讯信号，辅助电加热器通过此信号连接到电化学电池上。 
只要供辅助加热使用的蓄电池(或燃料电池驱动装置的氢燃料存储器)的容量尚未达到选择的下限值，辅助加热器可根据需要，或在达到预先选定的加热时间后、或在达到一个预定的内部空间温度极限值后进行关闭。其中温度极限值或加热时间极限值最好可以单独进行预定。如果蓄电池或燃料电池氢存储器的充电状态允许，可以将汽车内部空间空气温度调节到一个预定值，这样一来，当驾驶员比原计划更晚到达汽车时，预定的温度仍然会得到保持。 
当辅助加热器作为驻车加热器工作时，最好选择空气循环运行模式。在空气循环运行模式下，空气只在汽车内部空间循环，不会发生与外界环境进行空气交换的情况。 
这种做法是合理的，可以尽可能少地将加热能量散失到外界环境中。 
本发明的其他特征和优点，可在对两种设计实例的描述中得知，描述借助于所附设计图进行，这两个设计图都是框图。 
图1以框图表述法表示了一个可通过无线电操纵的遥控接收器1(它带有一个译码器)，一个承担电源管理任务的电源管理控制器2(比如它可以通过优先关闭高耗电用电器和/或提高发动机的怠速转速，来保证启动器蓄电池具有足够的电量)。另外图1还表示了一个用于车内现有空调设备3的全自动电子空调控制器4，这个全自动电子空调控制器4负责控制阀门调节驱动装置6、风扇7和辅助加热器8。全自动电子空调控制器4从温度传感器9获得信号，这个温度传感器9负责记录汽车内部空间的空气温度。另外车上带有汽车蓄电池10，它的充电状态通过一个测量装置11(比如可以使用海勒公司生产的智能蓄电池传感器IBS)监控，测量装置11与电源管理控制器2相连接。一条数据总线5(比如可以使用CAN数据总线或一条LIN数据总线)，建立了与汽车上其它控制器之间的通讯网络。 
在车辆行驶状态，辅助加热器8通过汽车发电机供电。若汽车停驶，辅助加热器8可 作为驻车加热器使用。为此，辅助加热器8可以通过一个无线电信号被接通，此信号被遥控接收器1接收。接收的无线电信号将在遥控接收器中进行译码，并传递给电源管理控制器2，接着电源管理控制器2将测量装置11激活，或者在测量装置11时刻处于激活状态的情况下，向其调取数据。 
测量装置11测定蓄电池10的充电状态。海勒公司生产的智能蓄电池传感器IBS适合作为测量装置11使用。测量装置11电源管理向控制器2发出一个信号，此信号包含有关蓄电池10充电状态的信息。电源管理控制器2通过从测量装置11获取的信号，会得知蓄电池10的充电状态，并将其与电源管理控制器2中存储的充电状态的极限值进行比较。如果由测量装置11测得的充电状态高于储存的充电状态的极限值，电源管理控制器2向空调设备3的全自动电子空调控制器4发出一个准许信号，接着全自动电子空调控制器4通过操作阀门调节驱动装置6将空调设备3切换到循环空气运行模式，并接通辅助加热器8和风扇7，风扇7将辅助加热器8产生的热量输送到汽车内部空间。在这种情况下，辅助加热器8由蓄电池10供电。 
如果温度传感器9向空调设备的全自动电子空调控制器4发出信号：汽车内部空间预先确定的空气温度值已经达到，则驻车加热过程结束。但是当一直处于工作状态或定时工作的测量装置11，对电源管理控制器2发出一个蓄电池10的充电状态信号，且这个信号低于控制器2所存储极限值的时候，驻车加热过程也会结束 
作为其他选择，可以通过一开始测得的蓄电池10充电状态，在电源管理控制器2中确定可以从蓄电池10获取的能量(直到其充电状态下降到控制器2中存储的极限值之前)。在驻车加热过程中，通过测量电流、蓄电池电压和时间，可以监控辅助充电器8从蓄电池10中获取的能量，一旦事先通过蓄电池10的充电状态和它的预定充电状态极限值计算出的、用于驻车加热过程的能量消耗完毕，辅助充电器8即行关闭。 
另外，在获知蓄电池电压和辅助加热器8(因结构类型导致的)电流消耗的情况下，可以通过事先测得的蓄电池10充电状态，以及预先确定的蓄电池10充电状态极限值，通过电源管理控制器2计算相关时间间隔。 
当辅助加热器8的接通时间超过这个间隔时，估计会达到预先规定的蓄电池10充电状态极限值。在达到计算出的加热时间间隔后，电源管理控制器2将辅助加热器8关闭，并可保证蓄电池10的剩余电量，在各种情况下都足够用于发动机的启动。 
除此以外，可以监控参与驻车加热运行的部件工作状态是否正常，若确定一个部件发生故障，辅助加热器8会被预防性关闭。 
在图2表述的第二种设计类型中，相同的或相应的部件，都用与第一种设计实例相同的标记数字标注。第二种设计实例与第一种设计实例的区别是：汽车没有带有传统的电源管理控制器2，而是带有一个特殊的驻车加热器控制器2，以用于控制辅助加热器8作为驻车加热装置时的运行状态。遥控接收器1a不包含无线电信号译码器(这个无线电信号可使辅助加热器8进入驻车加热运行状态)，这个译码器1b其实集成在一个专门用于驻车加热运行的驻车加热器控制器2中。在这个驻车加热器控制器2中还集成了用于监控蓄电池充电状态的测量装置11。在这项设计中，遥控接收器1a、蓄电池10和空调设备3也是传统的汽车部件，通过安装带有译码器1b的专用驻车加热器控制器2和测量装置11，这些部件将能够实现符合本发明的方法。第二个设计实例的工作原理与第一个设计实例完全相当。 

Claims (16)

1.一种汽车辅助电加热器的工作方法，这种汽车至少有：至少一个作为电源的、可重复充电的电化学电池；一个与这个电池相连接的、被一个汽车驱动发动机所驱动的发电机，这个发电机能够在驱动发动机工作时向辅助电加热器供电；其特征在于：在发电机不供电的情况下，辅助电加热器也能在需要时获得电流，方法是将辅助加热器连接到至少一个作为电源的电化学电池上；在驱动发动机停机时，辅助电加热器在循环空气运行模式下工作；此电化学电池的充电状态受到监控；若通过受到监控的电化学电池对电加热器进行供电，在此电化学电池的充电状态低于一个极限值时，供电中断。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对驱动发动机的温度进行测量；根据测量出的温度进行选择被监控电化学电池的充电状态的极限值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对水冷驱动发动机的冷却水温度进行测量；根据测量出的冷却水温度进行选择被监控电化学电池的充电状态的极限值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：被监控电化学电池的充电状态的极限值，按下面的标准进行预先选择：在达到充电状态的极限值时，被监控电化学电池的电量，尚足够启动内燃发动机使用。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对于仅由一台汽油发动机或一台柴油发动机驱动的汽车，电化学电池的充电状态的极限值根据汽车生产商的规定确定。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：辅助电加热器通过一个无线电信号，控制连接到至少一个电化学电池上。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：如果一个测量汽车内部空间空气温度所用的温度传感器发出信号：预先设定的温度极限值已超出，那么在达到被监控电化学电池的充电状态的极限值之前，就关闭辅助电加热器。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：温度极限值可单独选择。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：如果加热时间超过预定的极限值，那么在达到被监控电化学电池的充电状态的极限值之前，就关闭辅助电加热器。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：加热时间极限值可单独进行预先设定。 
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：被监控的电化学电池是一个蓄电池。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述蓄电池是启动器蓄电池。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：被监控的电化学电池是一个燃料电池。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：被监控的电化学电池是一个金属氢化物蓄电池、或者是一个锂离子蓄电池。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：如果除了启动器蓄电池外，汽车上还带有一个另外的电化学电池，那么只有启动器蓄电池受到监控。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述一个另外的电化学电池是一个燃料电池、一个金属氢化物蓄电池或一个锂离子蓄电池。 
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