CN113330818A

CN113330818A - 用于加热罐的方法

Info

Publication number: CN113330818A
Application number: CN202080011983.2A
Authority: CN
Inventors: S·博尔索伊; S·巴雅
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2021-08-31
Also published as: FR3092462A1; FR3092462B1; WO2020157270A1; US20230189400A1

Abstract

一种用于加热罐中的液体的方法，其包括以下步骤：‑提供至少一个PTC类型的加热元件，‑提供脉宽调制调节装置，‑测量参数，该参数包括液体的温度和施加在每个加热元件两端的电压，‑在液体温度低于第一温度阈值的范围内，不加调节地加热液体，‑在测量的温度高于第二温度阈值的情况下，对供电电压超过预定阈值的每个加热元件的供电施加脉宽调制调节，所述第二温度阈值是根据测量的参数来确定的，‑确定用于每个加热元件的供电调制的占空比，并从值为1的占空比逐渐过渡到所确定的占空比。

Description

用于加热罐的方法

技术领域

本发明涉及一种用于加热罐的方法，所述罐尤其是车辆上车载的罐，且更具体地是机动车辆（汽车、卡车等）上车载的罐。

为了达到污染控制标准，除了燃料罐之外，一些车辆还车载有附加的液体罐。其可以是水或基于尿素的溶液。这些液体在冬天可能会冻结，因此需要对它们进行加热才能使用它们。

背景技术

已知的做法是在有冻结危险的情况下给罐配备通常为电阻元件形式的加热装置。在旨在容纳含有尿素（或水）的水溶液的罐的在汽车领域的给定示例中，罐的下壁最通常地包括形成朝向罐内部的凸台的壳体，并且该壳体在凸台内部（也就是说在罐的外部）一方面容纳用于处理溶液的例如朝向选择性催化还原系统（更广为人知的是其英文缩写SCR）的输送的泵，且另一方面容纳电阻元件，其用于在壳体处加热罐的下壁且从而解冻液体。

此外，已知使用PTC（Positive Temperature Coefficient的英文缩写，在法文中为coefficient de température positif，正温度系数）类型的加热元件，其中元件的电阻随着温度而增大。因为电阻增大，流过该元件的电流强度降低，且从而获得该加热元件的温度的自动调节。

还已知使用脉宽调制（或者Pulse Width Modulation的英文缩写PWM）来调节PTC加热元件的温度。然而，这种调节理论上在汽车领域中仅用于调节空气流的温度。

用于加热液体的条件与用于加热空气流的条件完全不同。首先，加热元件不能像其能够直接位于空气流中那样直接位于液体中。接下来，为了加热罐中的液体，需要考虑诸如罐中的液位、该液体的温度、与液体接触的加热面积以及诸如加热元件的供电电压等参数。根据这些参数，PTC类型的加热元件的调节温度可以在50℃到120℃之间变化。

因此，合适的是避免达到过高的温度，达到过高的温度一方面可能导致加热的液体沸腾，且另一方面可能导致对某些周围材料的损坏（例如由合成材料制成的用于提供密封的部件）。

因此，本发明的一个目的是提供一种借助于PTC类型的加热元件来用于加热罐中的液体的方法，其避免了导致液体沸腾和/或周围材料损坏（或疲劳）的过热。

优选地，该方法将允许优化罐的加热，以便限制加热液体达到温度所需的时间。

发明内容

本发明提出了一种用于加热罐中的液体的方法，其包括以下步骤：

- 提供至少一个PTC类型的加热元件，

- 提供脉宽调制调节装置。

根据本发明，该方法还包括以下步骤：

- 测量参数，所述参数中包括液体的温度和施加在每个加热元件两端的电压，

- 在液体的温度低于第一温度阈值的情况下，不加调节地加热液体，即脉宽调制调节的占空比为1或100%，

- 在测量的温度高于第二温度阈值的情况下，对供电电压超过预定阈值的每个加热元件的供电施加脉宽调制调节，所述第二温度阈值是根据测量的参数来确定的，

- 确定用于每个加热元件的供电调制的占空比，并从占空比1逐渐过渡到所确定的占空比。

此处所提出的方法允许确保不会达到具有蒸发液体和/或损坏罐的部件的风险的温度。此外，得益于占空比的逐渐的变化，在所输送的加热功率中没有突然变化，且这允许提高罐中液体的加热效率。

在以上所描述的方法中，PTC类型的加热元件优选地并联安装。因此，同一个供电电压施加到所有的加热元件。因此简化了系统的电气管理。

第一温度阈值例如是根据容纳在罐中的液体的性质而预定的。例如，该温度阈值是可以确保罐中没有凝固风险的温度。例如，对于水而言，如果在罐中某一点处的温度测量值为+3℃，则可以估计罐中没有冰（当然，如果罐处于大气压下）。因此，该第一温度阈值取决于液体、其凝固温度但是也取决于该液体的热性质。

为了实施该方法，可以规定测量液位，根据测量的液位和液体的温度来确定第二温度阈值，并且与第二温度阈值进行比较的测量的温度是在罐的下游（优选地在从罐中抽取液体的泵的下游）测量的温度。当泵用于将液体抽取到罐外并且该罐被加热时，用于加热罐的装置通常也加热泵及其周围环境，以便解冻所有液压管并允许泵良好运行。在这种情况下，被选择用于与第二温度阈值进行比较的温度因此是供应给罐中液体的热量的良好说明。在该方法的这个变型中，第二温度阈值可以例如基于双条目表而确定。

根据以上所描述的方法的变型，测量液位，并且因此可以根据施加在所考虑的加热元件上的电压、基于表的液体的温度和测量的液位而确定待达到的占空比。在该变型中，待达到的占空比本身同样可以基于表而确定，在这种情况下，该表将是三条目表。

如所指示的，占空比逐渐地变化。它例如根据在0.05%s^-1和0.5%s^-1之间的梯度（例如0.1%/s）从100%下降到所确定的占空比。

本发明的另一方面提出了一种包含指令的计算机程序，当该程序由处理器执行时，其用于实现如上所述的方法的每个步骤。

最后，本发明还涉及一种用于机动车辆发动机的电子管理装置，其特征在于，其包括非瞬态记录介质，在该非瞬态记录介质上记录有计算机程序，当该程序由处理器执行时，其用于实现如上所述的方法的每个步骤。

附图说明

通过阅读以下详细描述并分析附图，本发明的其他特征、细节和优点将变得显而易见，其中：

图1示出了用于加热液体罐的加热装置的简化电路图；

图2示意性地示出了用于图1的加热装置的控制单元；

图3示出了用于加热液体罐的方法的流程图；

图4示出了可用于实现图3所示方法的双条目表的示例；和

图5示出了另一个表的示例，该表是三条目表，所述表同样能够用于实现图3所示的方法。

具体实施方式

附图和以下描述主要包含某种性质的元件。因此，它们不仅可以用于更好地理解本发明，而且在适用的情况下还可以有助于本发明的限定。

图1示出了加热元件2，其旨在加热容纳在罐中的液体。参考文献WO2016/096712作为在罐中实现这种加热元件的示例。本申请的加热元件2可以代替现有技术文献中附图标记为10的元件。

此处选择采用至少一个PTC（Positive Temperature Coefficient的英文缩写，在法文中为coefficient de température positif，正温度系数）类型的加热元件2。利用这种元件，加热元件的温度被自动限制，因为该元件的电阻随着温度而增大，使得流过该元件的电流减少，且从而限制了加热元件中消耗的功率。

图1示出了单个加热元件2。然而，可以提供若干加热元件2，一方面是为了增大加热功率，且另一方面是为了将该加热功率分布在若干点上。从电学角度来看，所有这些加热元件2因此将被并联安装，使得它们在它们的端子处具有相同的电压V。

对所有加热元件2的供电基于供电装置4来提供，该供电装置包括控制器以控制加热元件2是否通电。

脉宽调制装置6通过继电器8作用于加热元件2的供电。这种装置也以其英文缩写形式被称为PWM（Pulse Width Modulation，即modulation par largeur d'impulsion,意为脉宽调制）。脉宽调制装置6允许限制传输到加热元件的功率。功率调制的范围可以从0到1，或者从最大发射功率的0%到100%。该比率在下文中将被称为占空比。当它具有值1（100%）时，来自供电装置4的所有可用功率被传输到加热元件2。相反，当该占空比具有值0（0%）时，加热元件2不再被供电，即使供电装置4的控制器“闭合”（类似于开关）且因此命令向系统供电，也仍是如此。

图2上所示的控制单元10用于管理图1的装置，且特别是管理供电装置4和脉宽调制装置的控制器。该控制单元具有四个输入和三个输出。

第一输入12对应于例如待加热的液体的温度Tliq。在应用于机动车辆中的液体罐的情况下，该液体例如为水或者例如为基于尿素的溶液（即如在文献WO2016/096712中的那样）或者为另一种液体，测量该液体的温度是常规做法。由该温度传感器（图中未示出）提供的信息在该第一输入12上提供。

第二输入14向控制单元10提供存在于每个加热元件2的端子处的供电电压V（由于这些元件是并联安装的，因此对于这些元件中的每一个是相同的电压）。该供电电压在存在于任何现代机动车辆上的数字控制单元中是已知的，以允许良好的发动机管理，并且其是在第二输入14上可用的。

第三输入16允许控制单元知晓罐中的液位L。正如液体的温度Tliq一样，已提供了传感器来确定该数据。所有这些数据都可以在发动机数字控制单元中访问。

第四输入18旨在接收来自比较器20的二进制信号。比较器20将液体的温度Tliq与预定温度Ths进行比较，该预定温度Ths例如是存储在数字控制单元中的温度。Ths取决于包含在罐中的液体。例如，如果水包含在罐中，则Ths例如将固定在+3℃。这里估计如果液体的温度高于Ths，则不存在液体被冻结的风险。如果罐中包含在-11℃冻结的基于尿素的溶液，则将相应得调整Ths。在任何情况下，该值被一劳永逸地限定，因为同一个罐通常并不旨在容纳多种不同类型的液体。

第一输出22提供用于控制脉宽调制装置6的称为PWC_DC的控制信号，以便向该装置指示占空比，该装置应根据该占空比来运行。

第二输出24提供与称为TPSe_TH的温度相对应的信号，该温度是作为系统参数的函数而变化的温度。该温度是设定点温度。通常的是提供一个泵，以便从罐中抽取液体并将其输送到其目的地。因此，在该泵处找到与温度传感器相关联的至少一个压力传感器，用于管理泵。当在这些传感器处测量的温度达到设定点温度时，则功率调制被激活。

第三输出26本身则提供称为PWM_DC_grad的变化率，其给出占空比的变化率。例如，以每秒的百分比为单位来表示该变化率。

如图2上所示，输出数据被发送到例如CAN（或其他）类型的通信网络28，该通信网络传输去往接收器（例如此处所涉及的液体加热系统）的数据包30。

图3给出了流程图的示例，该流程图允许基于在第一输入12、第二输入14、第三输入16和第四输入18上提供的数据来确定在第一输出22、第二输出24和第三输出26上提供的值。

下面解释图3的流程图。

当发动机控制和管理装置接通时（0/1框），或者换句话说，当用户接通点火装置时，加热系统保持断开（断开框）以便不消耗电力，因为在发动机起动时的电力需求通常是高的。

经过延时（TEMPO框）后，例如从发动机的接通或起动开始算起大约30秒之后，进行测量。图上的框作为示例说明了可以进行的一些测量：

- V：存在于加热元件2端子处的电压。该电压取决于为这些元件供电的电池的电荷。它通常在12 V左右变化，例如在9V和16 V之间。

- L：其是罐中的液位。它可以是以毫米（或米）为单位的测量值，或者是罐的填充百分比。

- Tliq：其是罐中的液体的温度。

- Tamb：其是环境温度。

- TPse：该温度是在从罐中抽取液体的泵处测的量。该泵最通常地也由加热元件2加热。

一旦已经进行了这些测量，就将罐中液体的温度Tliq与存储在存储器中的温度Ths进行比较（借助于比较器20），并且取决于存储在罐中的液体。如果液体不太冷，则不存在冻结的风险（选项否），并且系统不被激活（断开框）。然后定期进行测量，以监控不存在冻结的风险。

相反，如果液体是冷的，并且其温度低于Ths（选项是），则液体可能已经冻结或存在冻结的风险。加热系统被接通（接通框）。

加热系统运行时，需要确定运行条件。首次启动时，脉宽调制装置处的占空比为100%。

启动加热装置后进行的第一次检查是检查加热元件2的供电电压V。如果该电压低于9 V，加热元件2的可用功率是低的，并且（选项否）占空比PEM_DC保持在100%，以便利用可用功率进行最大加热。

相反，如果电压V是“令人满意的”，即大于9 V（选项是），则可以设想脉宽调制。

以一种新颖的方式，一方面，当温度参数超过动态阈值（即根据被更新的参数而确定的阈值）时调制开始，并且另一方面，调制被逐步地执行。

在此处所描述的优选实施例中，已经选择当在从罐中抽取液体的泵处（优选在该泵的下游）的液体的温度超过待确定的阈值时，开始对加热元件2的供电进行调制。测量的温度称为TPSe，而待确定的阈值称为TPSe_TH。

因此，温度阈值TPSe_TH是根据L和Tliq被确定的。图4给出了双条目表的示例，其允许根据这两个参数来确定TPSe_TH。可以通过外推（例如线性外推）获得中间值。对于其中预期的是加热被锁定在接通位置的运行模式，也提到了高于Ths的温度，以便再次避免过热。

同样，也确定了要达到的占空比PWM_DC。此处，借助于以下各者来限定该占空比：

- 施加到加热元件2的电压。该电压越低，则占空比将越高。

- 罐中的液位。此处同样地，液位越高，则加热液体所需的能量就越多，且因此占空比就越高。

- 液体的温度。对于该参数，温度越高，则液体就越不需要加热，且因此占空比就越低。

图5给出了三条目表的示例，其允许确定待达到的占空比。该示例，以及图4的示例，均当然出于说明的目的被简化了。该系统优选地包括一个包含更多数目的值的表。此处，如前所述，可以通过插值推导出中间值。

如上所述，以一种新颖的方式，调制从值1逐渐过渡到值PWM_DC。占空比的变化率PWM_DC_grad在此处设置为0.1%/秒。该值给出了良好的结果，并允许优化用于获得罐中液体的加热所花费的时间。

在此处所描述的实施例中，PWM_DC_grad是常数。该变化率也可能取决于参数。例如，它可能取决于罐的填充程度。罐越不满，则该比率可能越高。可以选择其他参数。然而，关于该比率的变化（在上面给出的优选值附近）不允许显著改变用于获得液体的期望温度的加热时间。

上述方法对应于汽车领域中加热罐中液体的优选实施例。除了本说明书中提到的水和尿素溶液之外，它还可以应用于其它液体。该方法不限于汽车领域。它特别适用于车辆，且也可用于摩托车、船等。

当然，本发明并不局限于上文通过说明性和非限制性示例描述的优选实施例。它还涉及本领域技术人员能力范围内的变型实施例。所给出的参数是指示性的，并且当然必须根据优选已经存在的传感器进行调整。可以添加参数或移除参数。

Claims

1.一种用于加热罐中的液体的方法，其包括以下步骤：

- 提供至少一个PTC类型的加热元件（2），

- 提供脉宽调制调节装置（6），

其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

- 测量参数，所述参数中包括液体的温度（Tliq）和施加在每个加热元件两端的电压（V），

- 在所述液体的温度低于第一温度阈值（Ths）的情况下，不加调节地加热液体，即脉宽调制调节的占空比为1或100%，

- 在测量的温度（TPSe）高于第二温度阈值（TPSe TH）的情况下，对供电电压超过预定阈值的每个加热元件的供电施加脉宽调制调节，所述第二温度阈值是根据测量的参数来确定的，

- 确定用于每个加热元件的供电调制的占空比（PWM DC），并从值为1的占空比逐渐过渡到所确定的占空比。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PTC类型的加热元件是并联安装的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一温度阈值是根据容纳在所述罐中的液体的性质而预定的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，测量液位，并且在于，根据测量的液位和液体的温度来确定所述第二温度阈值，并且在于，与所述第二温度阈值进行比较的所述测量的温度是在所述罐的下游测量的温度，优选地是在从所述罐中抽取液体的泵的下游测量的温度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二温度阈值是基于双条目表而确定的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，测量液位，并且在于，根据施加在所考虑的加热元件上的电压、基于表的所述液体的温度和测量的液位而确定待达到的占空比。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述待达到的占空比是基于三条目表而确定的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述占空比根据在0.05%s^-1和0.5%s^-1之间的梯度从100%下降到所确定的占空比。

9.一种包含指令的计算机程序，当该程序由处理器执行时，其用于实现根据权利要求1至8中任一项所述的方法的每个步骤。

10.一种用于机动车辆发动机的电子管理装置，其特征在于，其包括非瞬态记录介质，在所述非瞬态记录介质上记录有计算机程序，当该程序由处理器执行时，其用于实现根据权利要求1至8中任一项所述的方法的每个步骤。