CN105519234B - 用于控制机动车辆的辅助电加热设备的具有正温度系数的加热电阻器的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的辅助电加热设备，包括一个或多个加热棒，所述加热棒包括具有正温度系数的电阻，且所述设备包括电子功率级，所述电子功率级根据可被控制器件调节的占空比而交替地将每个加热棒通电和断电。该设备包括用于限制经过所述电子功率级的电流的实际强度的器件，通过以下来限制：测量经过至少一个加热棒的峰电流和将所测得的峰电流值与针对电流占空比在表中读取的峰电流值进行比较，及如果该测得的峰电流超过在查找表中读取的峰电流值，则降低占空比。在查找表中读取的峰电流值对应于针对相关占空比的、控制单元所允许的最大实际电流。

Description

用于控制机动车辆的辅助电加热设备的具有正温度系数的加 热电阻器的系统

技术领域

本发明涉及一种机动车辆的辅助电加热设备，其旨在当车辆的热机尚未热到足够提供临时的热贡献时确保该热贡献。

技术背景

这种辅助加热设备被用于例如快速提供热量，使得在用户刚刚起动车辆时能够为车辆的窗户除雾。该设备包括加热棒，为安全起见，该加热棒由具有正温度系数的电阻器形成。

具有正温度系数的电阻器具有的电阻率在所述电阻器的温度升高时升高，这使得可以在电气故障的情况下限制加热的风险或引起火灾的风险。这就是为什么将该类型的电阻器用于机动车辆加热系统是有必要的。

在事故的情况下，如果这样的棒保持通电，因为由于车辆静止而造成所述棒不通风，所述棒变热。该温度上升引起电阻率的上升，这导致电流强度降低，因此限制电气故障的情况下热事件的风险。

在实践中，在事故情况下，保持通电的该类型的加热棒的温度上升因此仍是合理的，这使得可以限制火灾的风险。相反地，在事故情况下保持通电的传统加热电阻器造成温度的明显上升，这可引起火灾。

基于此，加热设备根据给定的条件而被定规格，比如每小时300kg的、冷却加热棒的预定空气流，该空气具有给定温度，例如0℃。

由这样的设备产生的热量的调节通过管控电子单元确保，根据可调节的占空比，该管控电子单元通过交替地为加热棒通电或断电来调节注入加热棒中的平均电流的量。为了调节所产生的热量，用户作用于对占空比的值进行调整的控制器件。

然而，这种辅助加热设备在极冷情况下造成故障的风险。如果用户请求以满负荷运行同时外部温度非常低，经过一个或多个电阻器以及管控电子单元的电流的强度可能变得非常高。这可转化为不同的故障，特别是所述管控电子单元的部件的不可逆劣化。

发明内容

本发明的目的是提出一种解决方案以克服该缺点。

为此目的，本发明涉及一种用于机动车辆的辅助电加热设备，包括一个或多个加热棒，所述加热棒包括具有正温度系数的电阻器，以及根据可被控制器件调节的占空比来交替地将每个加热棒通电和断电的功率电子级，其特征在于，所述设备包括用于限制经过所述功率电子级的电流的实际强度的器件，通过测量经过至少一个加热棒的峰电流，并通过比较该测得的峰电流值与在用于电流占空比的表中读取的峰电流值，及通过如果该测得的峰电流超过在查找表中读取的峰电流值则降低占空比来限制，在查找表中读取的峰电流值对应于针对相关占空比的、被控制单元所允许的最大有效电流值。

该解决方案使得可以通过进行峰电流的测量来限制控制单元中的有效电流，鉴于存在于电流信号中的显著噪声水平，该峰电流的测量比有效电流的测量更加容易执行。

本发明还可包括用于测量经过棒的瞬时电流的器件以及微控制器，所述微控制器连接至这些测量器件，以便周期性地查询所述器件，以存储对应于所测得的峰电流的最大瞬时电流值，其中，查找表存储于所述微控制器中。

根据一个实施例，本发明还包括多个加热棒，以及用于测量每个棒中的瞬时电流的器件。

根据另一个实施例，本发明还包括多个加热棒，以及用于相移不同加热棒的通电和断电以限制运行期间在管控单元中的峰电流的器件。

根据另一变型，本发明包括三个加热棒，以及以三分之一个周期相移该三个加热棒的通电和断电的器件。

具体实施方式

本发明的目的是通过降低占空比同时通过测量峰电流值及通过使用查找表来将加热棒中的有效电流限制在预定阈值，对于不同的占空比值，该查找表给出对应于预定有效电流阈值的峰电流值。

查找表例如基于测试和在测试台上所进行的测量而建立，其中，根据多个占空比值，设备的每个加热棒被交替地通电或断电，该测试台装备有用于以受控方式冷却所述棒的器件。

电压是例如13伏的额定直流电压，通电和断电频率是例如20赫兹的低频率。所选取的不同的占空比值为例如50％、60％、70％、80％和90％。该测试使得可以对于每个占空比值确认所允许的峰电流值，即与管控电子单元所允许的有效电流的预定阈值(例如111安培)对应的峰电流值。

测试台使得可以测量经过加热设备的功率电子单元的有效电流，以及当棒被通电时在所述棒中产生的峰电流，每个测量在例如一系列周期中进行。所述峰电流，或涌入电流，对应于棒通电后的时刻期间、在电流稳定在额定值之前的、在所述棒上产生的电流峰值。

通过例如在20赫兹下应用90％的占空比开始，经过所述功率电子单元的有效电流则被测量。如果有效电流值低于111安培的预定阈值，控制该测试台以便降低棒的温度。该温度降低减小了棒的电阻，并因此增加了经过功率电子单元和每个棒的有效电流的值。

棒的温度则通过控制其冷却而被调节，直至所测得的有效电流具有的值与预定阈值相对应，即111安培，占空比保持在90％。当棒的温度引起111安培的有效电流值时，这在所述功率电子单元中被稳定化，测试台被控制以便在每个周期测量每个棒中的峰电流值，即所述棒通电之后的时刻中的最大瞬时电流值。

该峰电流值，这里是40.5安培，则与90％的占空比联合被存储于查找表中，并在棒中形成与所述功率电子单元所允许的预定有效电流阈值对应的峰电流值。换言之，如果峰电流值在90％的占空比下变为大于40.5安培，在功率电子单元中的有效电流则会变为大于111安培的阈值。

该相同的方案然后在80％的占空比下实施，并使得可以得出，通过将棒放置于使所述功率电子单元中有效电流值为111安培的温度下，则棒中的峰电流值为45.3安培。

类似地，另外两个测试使得可以确定在70％然后60％的占空比下，当在一个或其他棒中峰电流值分别为52.3和60.2安培时，达到所述功率电子单元中的有效电流的111安培的预定阈值。

这种测试因此使得可以建立查找表，对于每个占空比值，该查找表给出与功率电子单元所允许的有效电流阈值相对应的、棒中的峰电流值。这种查找表可基于测试建立，但也可还基于部件运行的数字模拟而建立。

下表示出了来自这样的查找表的数据，该查找表由针对在辅助加热设备包括三个由E所指示的功率电子单元控制的加热棒1、2、3的情况的上述类型的测试得到。

因此，对于每个占空比值，Ic、Ic2和Ic3是三个加热棒中的每个中的峰电流值，IcE和IeE是管控电子单元E中的峰电流值和有效电流值。在本例中，所述管控电子单元E的部件使得经过该管控电子单元E的有效电流值必须不超过111安培。

该查找因此使得可以控制所述辅助加热设备，从而消除过电流的风险。其功率电子单元或设备因此设置有用于测量至少一个棒中或每一个棒中的峰电流的器件，因此使得可以以简单但精确的方式确定电子单元E中的有效电流值是否是可接受的，从而降低占空比，以便如果所述有效电流太高则减小该有效电流。

更具体地，对于每个棒，用于测量电流的器件包括可以确定经过该棒的瞬时电流值的探针。这些探针被连接至微控制器或类似类型的单元，其能够执行计算，且查找表存储于其中。

在运行期间，微控制器定期查询所述探针，例如每50毫秒，且总是记录最新的最大值，这得益于适当的算法，该算法允许探针以简单且可靠的方式测量不同的棒中的最高峰电流。

微控制器定期读取由控制单元施加于加热棒的占空比值，并在查找表中读取针对相关占空比的所允许的峰电流值。微控制器然后将所测得的峰电流值与所允许的峰电流值进行比较。

如果所测得的峰电流值低于所允许的峰电流值，这意味着管控电子单元E中的有效电流低于预定阈值。因此没有劣化的风险，且因此所述微控制器不对管控电子单元起作用。

相反，如果所测得的峰电流值大于针对相关占空比的所允许的峰电流值，这则意味着所述功率电子单元E中的有效电流大于预定阈值，这对应于劣化或火灾的风险。在该情况下，微控制器对所述管控电子单元E起作用以便将占空比减小10％。

在接下来的周期中，微控制器进行新的测量，以便以类似方式确定峰电流值是否大于针对新占空比的所允许的峰电流值。如果是这样，微控制器再次控制所述控制电子单元，以便将占空比进一步降低10％。

一旦所述算法已被重复多次，占空比被充分减小以使所述功率电子单元E中的有效电流值低于所述预定阈值。

上述提供的表，其基于测试或模拟被提供，使得可以建立用以管控所述设备的查找表，而且使得可以确认极限运行条件，在该极限运行条件之上和之下，所述设备不能没有风险地被使用。

特别地，该表示出了，如果棒的温度非常低，当占空比下降时，峰电流值上升。特别地，在低温度下，每个棒及因此与每个棒相关联的每个通电的晶体管中的峰电流值达到60.2安培，这可对应于这些晶体管的运行极限。在该情况下，微控制器可被用以当峰电流值大于60.2安培时禁止所述设备的运行。

此外，应该注意的是，对应于60％的占空比且管控单元中具有111安培的有效电流的情境对应于极冷的情境，或在实践中不能实现的理论情境。

该表还使得可以确认在运行期间经过功率电子单元组件的峰电流值，其本身还可构成另外要被考虑的标准，以便如果在控制电子单元中的总的峰电流值被认为太高时停止所述设备。

总体上，在设备具有三个棒的情况下，所有三个棒以例如20赫兹的低频率且以相同的占空比、但以相移的方式被通电或断电，这有助于显著减小在管控单元E中的峰电流值。

换言之，在所述三个棒中的电流以三分之一个周期被相移。这就是为什么当占空比大于三分之二(66％)时，管控单元E中的峰或最大电流值IcE大约是每个棒中的峰电流值的三倍的原因，这是由于有必要存在这样的时间段，在所述时间段期间，三个棒被同时通电。

当相反地占空比低于三分之二(66％)时，由于不存在其间所述三个棒被通电的时间段，而仅存在其间最多两个棒被通电的时间段，管控单元E中的最大峰电流值大约只是每个棒中的峰电流值的两倍。

不同棒的相移因此使得可以使管控单元E中的电流平稳并限制该其所承受的峰电流值，而不影响所述设备的热效率。

本发明因此总体上可以限制所述设备中的有效电流值同时采取简单的电流测量，这是由于它仅涉及测量最大瞬时电流值。换言之，本发明可以考虑具有非常嘈杂的信号的有效电流，而不必采取有效电流的实际测量(这本身是做起来代价高昂的事情)。

Claims (5)

1.一种用于机动车辆的辅助电加热设备，包括一个或更多个加热棒和功率电子级，所述加热棒包括具有正温度系数的电阻器，所述功率电子级根据控制器件能够调节的占空比而交替地对所述一个加热棒或所述更多个加热棒中的每个加热棒通电和断电，其特征在于，所述设备包括用于限制经过所述功率电子级的电流的实际强度的器件，通过以下进行限制：测量经过至少一个加热棒的峰电流，和将该测得的峰电流值与针对所述占空比而在查找表中读取的峰电流值进行比较，及如果该测得的峰电流超过在所述查找表中读取的峰电流值，则降低占空比，在所述查找表中读取的峰电流值对应于针对相关占空比的、管控单元所允许的最大实际电流。

2.如权利要求1所述的设备，包括用于测量经过棒的瞬时电流的器件以及微控制器，所述微控制器连接至这些测量器件，以便周期性地查询所述器件，以存储对应于所测得的峰电流值的最大瞬时电流值，其中，所述查找表存储于所述微控制器中。

3.如权利要求2所述的设备，包括多个加热棒，以及用于测量每个棒中的瞬时电流的器件。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的设备，包括多个加热棒，以及用于相移不同加热棒的通电和断电以限制运行期间在管控单元中的峰电流的器件。

5.如权利要求4所述的设备，包括三个加热棒，以及以三分之一个周期相移该三个加热棒的通电和断电的器件。