CN103926953A - 加热器控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及加热器控制装置。具体地，提供有一种用于控制加热器的发热量的加热器控制装置，该加热器包括加热元件，该加热元件设置在座椅中并具有正或负的电阻温度系数。该加热器控制装置包括：电阻检测单元，该电阻检测单元检测与加热元件的电阻值对应的电量；和控制单元，该控制单元根据由电阻检测单元获得的电阻值来增加或减少供应给加热元件的通电量。

Description

加热器控制装置

技术领域

本发明涉及一种加热器控制装置，更具体地，涉及这样一种加热器控制装置，即，即使在加热器中使用的加热元件的电阻值改变，该加热器控制装置也能够获得恒定的发热量，并且该加热器控制装置能够充分地利用电源的容量以向加热器供应电力。

背景技术

通常，座椅加热器用在车辆诸如汽车中，以向车辆乘员供应暖和的热量。座椅加热器包括设置在车辆座椅的座垫部分和靠背中的加热器。在座椅加热器中，通过根据加热器的温度来接通和断开加热器的电源或改变供应给加热器的电力来控制加热器达到设定的温度。例如，加热器持续地通电直到加热器被加热到设定温度，并且在加热器达到设定温度之后，电源根据加热器的温度而接通和断开，使得加热器的温度维持在某个温度范围内。

另一方面，因为安装在车辆中的电源的容量有限，所以需要控制供应给座椅加热器的电力(电流)以便落在电源容量内。

附带地，已知存在一种控制装置，该控制装置通过脉宽调制(PWM)来控制供应给加热器的电力。例如，JP-A-2010-105487公开了一种车辆电源装置，该电源装置将在车辆交流发电机中产生的电力供应给座椅加热器。在该车辆电源装置中，在座椅加热器接通之后加热器持续通电(100%占空比)直到加热器达到设定温度。然后，在加热器达到设定温度之后，电源接通和断开或者控制占空比使得座椅加热器能够维持设定温度。

在JP-A-2010-105487中描述的座椅加热器控制装置或车辆电源装置中，通过使加热器持续通电，加热器的温度尽快增加，直到加热器达到设定温度，并且在加热器达到设定温度之后，电源接通和断开或者改变PWM的占空比，使得加热器的温度保持在某个温度范围内。然而，通常在加热器中使用的电阻加热元件的电阻值随着温度而改变。

例如，图7A和图7B示出了在使用具有正的电阻温度系数的材料作为电阻加热元件的情况下，电阻加热元件的温度和电阻值改变，以及当从加热器的起动开始一直保持恒压电源时，实际供应给电阻加热元件的电力的改变。在开始供电之后，电阻加热元件的电阻值随着电阻加热元件的温度增加而增大，因此，所供应的电流量减少。因此，因为供应给电阻加热元件的电量减少，(在图7A中以附图标记9标记的区域中)，所以发热量相应地减少。另一方面，在电阻加热元件具有负的电阻温度系数的情况下，电阻值随着温度增加而减小，由于所施加的电压保持恒定，所以所供应的电力将增加。

如上所述，例如，因为电阻加热元件的电阻值随着电阻加热元件的温度改变而改变，所以当通过PWM控制利用相同的占空比来控制加热器的温度时，发热量随着温度改变而改变，这导致不能精确地控制加热器的温度的问题。

另外，在上述座椅加热器中，控制电阻加热元件使得流向电阻加热元件的电流在任意温度下落在电源的容量内，而不用考虑电阻加热元件的电阻的温度系数的值或者不用考虑电阻加热元件是否具有正或负的电阻温度系数。然而，因为如上所述，供应给电阻加热元件的电量根据电阻加热元件的温度而改变，所以导致不能在电阻加热元件的每个温度下充分地利用电源的供电能力的问题。例如，如图7A和7B所示，在低温下供应设定为接近于电源的供电能力的电量的情况下，在较高温度下仅有低于电源的供电能力的电量能够被供应，因此，加热性能降低。

发明内容

从上述情况的角度出发，已经做出本发明，并且本发明的目的是提供一种加热器控制装置，即使在加热器中使用的加热元件的电阻值改变，该加热器控制装置也能够获得恒定的发热量，并且该加热器控制装置能够充分地利用电源的容量来将电力供应给加热器。

根据本发明的一个示例性实施例，提供了一种加热器控制装置，该加热器控制装置用于控制加热器的发热量，该加热器包括加热元件，该加热元件设置在座椅中并具有正或负的电阻温度系数，该加热器控制装置包括：电阻检测单元，该电阻检测单元检测与加热元件的电阻值对应的电量；和控制单元，该控制单元根据通过电阻检测单元获得的电阻值来增加或减少供应给加热元件的通电量。

根据上述构造，即使加热元件的电阻值随着加热元件的温度改变而改变，也能够根据电阻值的改变来控制供应给加热元件的通电量，从而能够供应恒定的电量而不用考虑加热元件的温度，由此能够精确地控制座椅加热器的温度。另外，因为即使加热元件的电阻值改变也能够获得恒定的发热量，所以能够充分地利用电源的容量以将电力供应给加热器，由此加热器能够尽快达到目标温度而不用考虑加热器的温度。

在上述加热器控制装置中，加热元件可以具有正的电阻温度系数，并且控制单元可以通过PWM控制来控制向加热元件的电力供应，并且当通过电阻检测单元获得的电阻值增大时，控制单元通过增加占空比来对供应给加热元件的通电量进行补偿。

根据上述构造，即使电阻值随着加热元件温度增加而增大，也可以控制占空比以便对由于电阻值增大而引起的电力供应减少进行补偿。因此，能够抑制向加热元件的电力供应的改变而不用考虑加热元件的温度。因此，即使加热器的温度增加，也能够抑制电力供应的减少，并且能够与使用现有技术的加热器控制相比在更短的时段内达到目标温度。

在上述加热器控制装置中，加热元件可以具有负的电阻温度系数，并且控制单元可以通过PWM控制来控制向加热元件的电力供应，并且当通过电阻检测单元获得的电阻值减小时，控制单元通过减少占空比来对供应给加热元件的通电量进行抑制。

根据上述构造，即使电阻值随着加热元件温度增加而减小，也可以控制占空比使得电力供应并不由于电阻值减小而增加，因此，能够抑制向加热元件的电力供应的改变而不用考虑加热元件的温度。另外，因为当加热器的温度低时，也能够供应在电源的容量内的最大量的电力，所以能够与使用现有技术的加热器控制相比在更短的时段内达到目标温度。

在上述加热器控制装置中，可以从预定电源给加热器供应电力，并且控制单元能够将最大量的电力供应给加热元件，当加热元件具有预定电阻值时，该最大量的电力在该电源的容量内确定。

根据上述构造，通过采用最大电力能够在预定温度处(当加热元件的电阻的温度系数是正的时可用温度范围的上限温度处，或者当电阻的温度系数是负的时可用温度范围的下限温度处)被供应给加热元件的构造，能够总是供应加热元件的最大量的电力而不用考虑加热元件的温度。因此，能够充分地利用电源的容量而不用考虑加热元件的温度，并且能够使加热元件比使用现有技术的加热器控制更快地达到目标温度。

附图说明

结合附图根据本发明的示例性实施例的以下描述，本发明的上述和其他方面将变得更清晰并更易于理解，其中：

图1是示出了应用到车辆座椅加热器的加热器控制装置的构造的示意性截面视图；

图2A和图2B示出了描述加热元件的温度和电阻值改变、以及供应给用于加热元件的加热器控制中的加热元件的电压和电力改变的图表，其中加热元件具有正的电阻温度系数；

图3A和图3B示出了描述加热元件的温度和电阻值改变、以及供应给用于加热元件的加热器控制中的加热元件的电压和电力改变的图表，其中加热元件具有负的电阻温度系数；

图4A和图4B示出了描述加热元件的温度和电阻值改变、以及供应给用于加热元件的另一个加热器控制中的加热元件的电压和电力改变的图表，其中加热元件具有正的电阻温度系数；

图5是示出了具有正的电阻温度系数的加热元件的温度和电阻值的实际测量值的图表；

图6是示出了具有负的电阻温度系数的加热元件的温度和电阻值的实际测量值的图表；以及

图7A和图7B示出了描述加热元件的温度和电阻值改变、以及供应给现有技术的加热器控制中的加热元件的电压和电力改变的图表。

具体实施方式

以下，将参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。

以下描述的内容构成了描述本发明的典型示例性实施例的示例，并且旨在提供说明，通过该说明本发明的原理和构思特征能够被最有效地、没有任何困难地理解。在该方面，不旨在将本发明的结构细节描述得比基本上理解本发明所需的更多。因此，本领域技术人员通过本说明以及附图，将领会本发明的数种形式如何被实际实施。

加热器控制装置通过控制设置在座椅中的加热器的发热量来控制加热器的温度。加热器由具有正或负的电阻温度系数的加热元件构成。

对设有加热器控制装置的座椅没有限制，并且例如，加热器控制装置能够被应用到被放置在车辆、房间等中的各种座椅。加热器控制装置能够优选地用作用于设置在车辆座椅中的加热器(车辆座椅加热器)的控制装置或该加热器的控制装置的一部分。

加热器控制装置包括电阻检测单元，该电阻检测单元检测与加热元件的电阻值对应的电量；和控制单元，该控制单元根据由电阻检测单元获得的电阻值来增加或减少供应给加热元件的通电量。

图1示出了车辆座椅7、加热器2和加热器控制装置1的示例性构造，其中车辆座椅7设置在车辆诸如汽车中，加热器2设置在座椅7中。车辆座椅7包括座垫部分71和靠背部分72。加热器2设置在车辆座椅7中，该加热器2是用于使就座在车辆座椅7中的乘员8的身体暖和的加热元件。在该示例性实施例的座椅7中，加热器21设置在座垫部分71的表层部分中，而加热器22设置在靠背部分72的表层部分中。这些表层部分是与乘员8接触的部分。加热器控制装置1可以包括：操作开关，乘员8通过该操作开关接通和断开用于加热器2的电源；和控制部分，乘员8通过该控制部分设定目标温度(未示出)。

加热器控制装置1包括：电阻检测单元3，该电阻检测单元3测量加热器21、22中的每个加热器的电阻值；和控制单元4，该控制单元4控制供应给加热器2(21、22等)的电量。控制单元4控制供应给加热器2的通电量，并且发热量根据供应给加热器2的电量而改变。

加热器2包括加热元件，并且加热器2优选地设置在座椅的与乘员接触的表层部分中。表层部分可以包括座椅罩，座椅罩与座椅设置为一体，以便覆盖座椅的外表面。例如，加热器21、22可以分别设置在垫构件和座椅罩之间，垫构件设置在座垫部分71和靠背部分72的内部。

在车辆座椅的情况下，用于加热器控制装置1和加热器21、22的电源能够由车载电源诸如车载发电机(也称为交流发电机)或安装在车辆中的电池供电。

对用于加热元件的材料没有具体的限制，因此，能够使用任意材料。例如，具有正的电阻温度系数的材料可以是不锈钢、铜、镍铬合金、钨等。具有负的电阻温度系数的材料可以是碳等。此外，对构成加热器的加热元件的形状和尺寸没有具体的限制。例如，可以使用线状或面状的加热元件。

例如，图5作为示例示出了具有正的电阻温度系数的加热元件的温度和电阻值的实际测量值。在该示例中，使用具有28μm的直径和30cm的长度的不锈钢绞线。观察到，与加热元件在-20℃的温度下相比，当加热元件被加热到+80℃的温度时，电阻值增大3.0%

另外，例如，图6示出了具有负的电阻温度系数的加热元件的温度和电阻值的实际测量值。在该示例中，使用具有66tex(g/1000m)的细度和26cm的长度的碳绞线。观察到，与加热元件在-20℃的温度下相比，当加热元件被加热到+80℃的温度时，电阻值减小大约4.4%

电阻检测单元3被构造成检测与加热元件的电阻值对应的电量。对所要检测的电量没有具体的限制。因此，电阻检测单元可以被构造成检测电量，该电量能够被转换成加热元件的电阻值的并且能够通过利用在已知电阻检测单元中使用的构造和检测方法来测量。即，电量可以是供应给加热元件的电压或电流、加热元件的温度等。

例如，当将电力供应给加热元件的电源的电压保持恒定时，能够通过测量流过加热元件的电流来计算加热元件的电阻值。此外，能够通过测量值检测加热元件的电阻值，所述测量值通过使用温度检测元件诸如热敏电阻器来测量加热元件的温度而获得。即，如果加热元件的电阻的温度系数以及加热元件在各个温度下的电阻值已知，那么加热元件的温度能够被测量作为与加热元件的电阻值对应的电气量，然后所测量的温度能够被转换成电阻值。

控制单元4被构造成基于由电阻检测单元3检测到的电量来计算加热元件的电阻值，以便根据电阻值的改变来增加或减少供应给加热元件的通电量。通过使用微处理器等，控制单元4可以仅包括硬件或可以包括硬件和软件两者。此外，控制单元4可以被构造为电子控制单元(ECU)的一部分。

供应给加热元件的通电量是指用于向加热元件通电的电压、电流、时间的量等。用于控制供应给加热元件的通电量的控制方法可以任意选定。例如，可以通过由微处理器执行通/断控制、脉宽调制(PWM)控制、电压控制、电流控制等来控制通电量。

此外，操作开关和控制部分可以连接到控制单元4，以便基于加热器的状态控制加热器。

接下来，将描述控制加热器控制装置的方法和操作。

该示例性实施例的加热器控制装置的控制单元基于由电阻检测单元检测到的电量获得加热元件的电阻值，并且控制供应给加热元件的通电量以便根据电阻值的改变而增加或减少。通过以上述方式控制通电量，能够容许预定电量被供应给加热元件而不用考虑加热元件的电阻值(温度)。即，能够控制加热器，使得当加热元件通电一段时间时，恒定电量被供应给加热元件并且加热元件的发热量保持恒定，而不用考虑加热元件的温度。

如上所述，能够采取任意控制方法来控制被供应给加热元件的通电量。在以下描述中，控制单元4将被描述为，通过PWM控制来控制从恒压电源供应给加热元件的通电量。通常，当通过PWM控制来控制加热器时，控制占空比以便将加热器维持在目标温度(设定温度)。通过如下方法控制占空比，在该方法中，基于各种因素来确定占空比，这些因素包括设定温度、设定温度和现有温度之间的差异、温度改变的梯度、经过的时间等；或者通过如下方法控制占空比，在该方法中，基于预定模式来确定占空比。附带地，执行控制使得将占空比设定成高的，以便当加热器被起动时尽快获得暖和的热量。此处，因为该示例性实施例的加热器控制装置的目的在于，发热量不由于加热元件的电阻值(温度)而改变，所以本发明的发明构思可以应用到通过任意方法来确定占空比的任意情况。例如，对于通过上述各种方法来确定占空比的情况，占空比可以根据加热元件的电阻值的改变而增加或减少。

此外，只要供应给加热元件的通电量能够增加或减少，就可以使用PWM控制之外的任意其它控制。例如，根据加热元件的电阻值的改变，可以控制对加热元件通电或断电的持续时间，或者可以增加或减少待施加的电压或电流。

接下来，将描述温度检测元件31被设为电阻检测单元3的情况，并且该温度检测元件31包括热敏电阻器，该热敏电阻器被设置成与加热器21接触，由此，指示加热器21的温度的值被检测出作为电量，该温度值与加热器21的电阻值对应。例如，如果在某一温度下的加热元件的特性诸如电阻值、电阻温度系数等已知，那么控制单元4能够从加热器21的温度获得加热元件的当前电阻值，其中，所述加热器21的温度由温度检测元件31基于转换表检测出。

加热器控制装置1和加热器21、22被构造成由车辆的车载发电机和电池供电。因为由车载发电机等产生的电力有限，所以当加热元件的电阻值是预定电阻值时，能够供应给加热器的电力可以被预先设定在电源的容量范围内(以下，称为“可供应电力”或“最大电力”)，并且最大电力可以称为，当加热元件的电阻值在可用温度范围是最小时供应给加热元件的电力。

图2A和图2B示出了描述加热元件的温度和电阻值改变、以及供应给用于加热元件1的加热器控制中的加热元件的电压和电力改变的图表，其中加热元件1具有正的电阻温度系数。在图2中描述的该示例示出了如下情况，在该情况中，在加热器被起动之后，即使加热元件的电阻值随着加热元件的温度增加而增大，最大电力(可供应电力)也被供应给加热元件。

在加热元件由具有正的电阻温度系数的材料诸如铜形成的情况下，控制单元4基于加热元件的、由电阻检测单元3检测到的温度而获得当前电阻值，并且改变占空比使得当电阻值增大时占空比增加，由此能够控制通电量以便对供应给加热元件的电力的减小进行补偿。

特别地，如图2A所示，当加热元件通电由此加热元件的温度增加时，加热元件的电阻值随着温度增加而增大。此时，如果占空比保持恒定，那么供应给加热元件的电流减少，并且供应给加热元件的电力减少。因此，如图2B所示，占空比增加到如下程度，即，电阻值增大从而扩展所施加的电压的脉宽，由此抑制供应给加热元件的电力减少。通过执行该控制，恒定量(最大量)的电力能够总是供应给加热元件而不用考虑加热元件的温度。

在该示例中，虽然通过基于由设定温度等确定的占空比来增加或减少占空比而改变占空比以便总是供应最大电力，但是即使通过任意方法来执行PWM控制以控制加热器的温度，也能够仅校正加热元件的电阻值的改变。

图3A和图3B示出了描述加热元件的温度和电阻值改变、以及供应给用于加热元件1的加热器控制中的加热元件的电压和电力改变的图表，其中加热元件1具有负的电阻温度系数。在图3A和图3B中描述的该示例示出了如下情况，在该情况中，在加热器被起动之后，即使加热元件的电阻值随着加热元件的温度增加而减小，供应给加热元件的电力也能够被维持在最大电力(可供应电力)。

在加热元件由具有负的电阻温度系数的材料诸如碳形成的情况下，控制单元4基于加热元件的、由电阻检测单元3检测到的温度获得当前电阻值，并且改变占空比使得当电阻值减小时占空比减小，由此能够控制通电量以便对供应给加热元件的电力增加进行抑制。

特别地，如图3A所示，当加热元件通电由此加热元件的温度增加时，加热元件的电阻值随着温度增加而减小。此时，如果占空比保持恒定，那么供应给加热元件的电流增加，并且供应给加热元件的电力增加。因此，如图3B所示，占空比减少到如下程度，即，电阻值减小以便使所施加的电压的脉宽变窄，由此能够使得供应给加热元件的电力不超过可供应电力。通过执行该控制，恒定量的电力能够总是在最大电力的范围内供应给加热元件，而不用考虑加热元件的温度，由此能够将发热量维持在恒定水平。

在该示例中，虽然通过基于由设定温度等确定的占空比来增加或减少占空比而改变占空比以便总是供应最大电力，但是即使通过任意方法来执行PWM控制以控制加热器的温度，也能够仅校正加热元件的电阻值的改变。

如上所述，不用考虑加热元件的电阻的温度系数是正的或负的，通过将供应给加热元件的电力维持到最大电力，就能够使加热元件总是以恒定的发热量发热。因此，与现有技术的加热器控制(参看图7A和图7B)相比，在所述现有技术的加热器控制中，在没有考虑加热元件的电阻值的改变的情况下控制被供应的电力，在本发明的示例性实施例中，通过充分地利用从车载发电机供应的电力，致使加热元件在较短的时段内达到目标温度。

另外，当加热元件达到设定温度即目标温度时，能够通过使用已知的控制方法来维持设定温度。例如，如4A和图4B所示，在加热元件具有正的电阻温度系数的情况下，当加热元件在时间T处达到目标温度的温度时，在时间T之后的占空比设定为能够维持该温度的值，由此能够维持该温度。另外，即使加热元件具有负的电阻温度系数，也能够执行类似的控制来维持该温度。并且，当以该方式维持设定温度时，通过基于设定的占空比、根据加热元件的电阻值的改变来校正占空比，能够更精确地控制加热元件的温度。另外，因为能够总是供应最大电力而不用考虑加热元件的温度，所以当加热元件的温度减少到低于目标温度的温度时，加热元件能够被尽快加热到目标温度。

因此，如上述示例性实施例所例示，利用控制单元4，当加热元件的电阻值是任意电阻值时，在电源容量内确定的最大电力能够供应给加热元件。加热元件在某一温度处具有某一电阻值。例如，通过采用如下构造能够充分地利用电源的容量而不用考虑加热元件的温度，在该构造中，当加热元件的电阻的温度系数是正的时在可用温度范围的上限温度处，或者当电阻的温度系数是负的时在可用温度范围的下限温度处，最大电力能够被供应给加热元件。因此，能够使该加热元件比使用现有技术的加热器控制更块地达到目标温度。

此前已经进行的描述仅旨在描述本发明，因此不被理解为限制本发明。例如，虽然已经通过采用典型的示例性实施例作为示例来描述本发明，但是用来描述或说明本发明的字、词或句应该理解为不是限制性的，而是描述性或说明性的。如此处详细描述的，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，该示例性实施例能够在所附权利要求的范围内进行修改。虽然此处在发明的详细说明部分中，提到了具体的结构、材料和实施例，但是并不旨在将本发明限制到此处所公开的内容，因此，本发明包括落在所附权利要求范围内的所有等同结构、方法和应用。

Claims (4)

1.一种用于控制加热器的发热量的加热器控制装置，所述加热器包括加热元件，所述加热元件设置在座椅中，并且所述加热元件具有正的电阻温度系数或者负的电阻温度系数，所述加热器控制装置包括：

电阻检测单元，所述电阻检测单元检测与所述加热元件的电阻值对应的电量；以及

控制单元，所述控制单元根据由所述电阻检测单元获得的电阻值来增加或减少供应给所述加热元件的通电量。

2.根据权利要求1所述的加热器控制装置，

其中，所述加热元件具有正的电阻温度系数，并且

其中，所述控制单元通过PWM控制来控制向所述加热元件的电力供应，并且当由所述电阻检测单元获得的电阻值增大时，所述控制单元通过改变占空比以使之增大来对供应给所述加热元件的通电量进行补偿。

3.根据权利要求1所述的加热器控制装置，

其中，所述加热元件具有负的电阻温度系数，并且

其中，所述控制单元通过PWM控制来控制向所述加热元件的电力供应，并且当由所述电阻检测单元获得的电阻值减小时，所述控制单元通过改变占空比以使之减小来对供应给所述加热元件的通电量进行抑制。

4.根据权利要求1到3中的任一项所述的加热器控制装置，

其中，利用来自预定电源的电力供应所述加热器，并且

其中，所述控制单元能够将最大量的电力供应给所述加热元件，其中当所述加热元件具有预定电阻值时，在所述电源的容量内确定所述最大量的电力。