CN118010182A - 膜电阻的温度监测方法及装置、过热保护方法和保护装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及膜电阻温度监控领域，具体涉及一种膜电阻的温度监测方法及装置、过热保护方法和保护装置，所述监测方法包括如下步骤：检测膜电阻工作时两端的工作电压及流过膜电阻的工作电流；通过欧姆定律来计算膜电阻的电阻；根据计算出的膜电阻的电阻，基于阻值与温度之间的关系曲线，通过查表的方式来获取膜电阻的工作温度。本公开可以有效防止膜电阻加热器过热损坏，解决了传统温度监控及过热保护方式的难题。

Description

膜电阻的温度监测方法及装置、过热保护方法和保护装置

技术领域

本公开涉及膜电阻温度监控领域，具体涉及一种膜电阻的温度监测方法及装置、过热保护方法和保护装置。

背景技术

无论是传统燃油汽车、混合动力汽车还是纯电动汽车，车载空调制冷的原理都相似，只不过动力来源不同，传统燃油车空调的动力来源是发动机，混合动力汽车及纯电动汽车一般是通过动力电池来驱动电动空调压缩机。但对于制热原理，传统燃油汽车与电动汽车差异较大。传统燃油汽车的热量来源主要来自发动机运转过程中的产生的余热，通过鼓风机将热量送入车内，从而达到制热目的。对于纯电动汽车，由于没有了发动机，也就没有了稳定的热量来源。当然，热泵技术目前是一个很好的选择，但对于大部分新能源汽车厂商，还是采用辅助制热的方式，如通过PTC制热、膜电阻加热或其它类似的制热方式。

膜电阻加热技术通过将绝缘介质、加热电阻、导体材料、保护介质等材料，通过高温烧结到特定基底金属上而成，膜厚度0.2mm~3mm，其基底的结构可以制作成平板、圆管等自定义形状，因此可以更好的匹配整车上的布置。除此之外，膜电阻加热方案相对于PTC方案，重量更轻，体积更小。但相较于PTC加热方案，膜电阻的阻值不会随着温度的升高而急剧增加，在水加热器缺水或水流量偏低时，其温度会迅速升高，导致膜电阻过热损坏，因此在膜电阻工作时，对膜电阻丝温度的实时监控及过热保护是必须的。膜电阻工作过400℃会存在较大的过热损坏风险，600-800℃温度是不可承受的。

传统温度实时监控的方式是通过外部的温度传感器来实现对温度的实时监控，外部的温度传感器一般使用温敏元器件（热电阻、热电偶等）来实现。温度变化导致温敏元器件的输出信号发生变化，信号调理电路将与温度相关的信号送入微处理器，微处理器来负责对温度的实时监控。当温度异常时，微处理器发出控制信号来控制信号调整流过膜电阻加热丝上面的电流，从而实现膜电阻的过热保护功能。

传统温度监控及过热保护方式的痛点：

1.需要使用温敏元器件，来实现对温度信息的采集，增加控制单元成本

2.温敏元器件与电阻丝为非接触式的测量方式，温敏元器件检测点非膜电阻丝本身，温度检测点与膜电阻本身存在一定的热阻，检测温度与实际温度存在差异。

3.温敏器件的摆放位置需要考虑结构，绝缘，热耦合性等多方面因素，灵活度不高。

4.距离温敏元器件远端的膜电阻丝，由于热耦合需要时间，温度反应速度慢，过温保护系统不能迅速动作。

发明内容

本公开提供一种膜电阻的温度监测方法及装置、过热保护方法和保护装置，可以有效防止膜电阻加热器过热损坏，解决了传统温度监控及过热保护方式的难题。为解决上述技术问题，本公开提供如下技术方案：

作为本公开实施例的一个方面，提供一种膜电阻的温度监测方法，包括如下步骤：

检测膜电阻工作时两端的工作电压及流过膜电阻的工作电流；

通过欧姆定律来计算膜电阻的电阻；

根据计算出的膜电阻的电阻，基于阻值与温度之间的关系曲线，通过查表的方式来获取膜电阻的工作温度。

可选地，所述工作电压采用串联分压电阻或电压传感器的方式获得，通过选择分压电阻阻值调整所述工作电压在0-3.3V。

可选地，所述工作电流通过如下方式获得：在膜电阻所在线路中串联低阻值电流采样电阻，或电流传感器。

可选地，所述膜电阻为单模电阻、双膜电阻或多膜电阻。

可选地，当膜电阻为双模电阻或多模电阻时，获取工作电流可采用如下方式中的一种：通过独立的电流传感器或电流采样电阻测量每一个膜电阻流过的工作电流；

或，通过母线上单个电流传感器或电流采样电阻来获取多个膜电阻的总电流，然后计算每一个膜电阻的工作电流。

作为本公开实施例的另一方面，提供一种膜电阻的温度监测装置，包括：

电压采样电路，用于检测膜电阻工作时两端的工作电压；

电流采样电路，用于采样流过膜电阻的工作电流；

控制单元，用于通过欧姆定律来计算膜电阻的电阻，根据计算出的膜电阻的电阻，基于阻值与温度之间的关系曲线，通过查表的方式来获取膜电阻的工作温度。

作为本公开实施例的另一方面，提供一种膜电阻的温度过热保护方法，包括如下步骤：

检测膜电阻工作时两端的工作电压及流过膜电阻的工作电流；

通过欧姆定律来计算膜电阻的电阻；

根据计算出的膜电阻的电阻，基于阻值与温度之间的关系曲线，通过查表的方式来获取膜电阻的工作温度；

当所述工作温度被判定为异常后，通过调整功率开关管的占空比或关闭所述功率开关管来控制流过膜电阻的工作电流进而保护膜电阻不至于过热损坏。

可选地，所述膜电阻为双膜电阻或多膜电阻时，分别检测所述双膜电阻或多膜电阻的支路电流，基于所述支路电流计算双模电阻的两个支路电阻阻值或多模电阻的多个支路的支路电阻阻值；基于所述支路电阻阻值计算支路温度；在识别到所述支路温度异常时，控制位于所述支路上的所述功率开关管关闭，并在检测到所述支路温度恢复到正常工作温度时，打开所述功率开关管以恢复所述支路的膜电阻的加热工作。

可选地，所述膜电阻为双膜电阻或多膜电阻时，分别检测所述双膜电阻或多膜电阻的支路电流，基于所述支路电流计算双模电阻的两个支路电阻阻值或多模电阻的多个支路的支路电阻阻值；基于所述支路电阻阻值计算支路温度；在识别到所述支路温度异常时，减少位于所述支路上的所述功率开关管的占空比以降低所述支路上的膜电阻的工作电流。

作为本公开实施例的另一方面，提供一种膜电阻的温度过热保护装置，包括：

电压采样电路，用于检测膜电阻工作时两端的工作电压；

电流采样电路，用于采样流过膜电阻的工作电流；

功率开关管，与所述膜电阻串联，用于调整经过所述膜电阻的工作电流；

控制单元，用于通过欧姆定律来计算膜电阻的电阻，根据计算出的膜电阻的电阻，基于阻值与温度之间的关系曲线，通过查表的方式来获取膜电阻的工作温度；判断所述工作温度是否异常，当所述工作温度被判定为异常后，通过调整功率开关管的占空比来控制流过膜电阻的工作电流进而保护膜电阻不至于过热损坏。

相对于现有技术本公开具有以下有益效果：

1.取消外部温度传感器元器件，取消对温度信号处理的信号调理电路，降低系统成本。

2.取消外部温度传感器元器件，产品设计时不需要考虑温敏元器件的绝缘问题以及温敏元器件对结构带来的影响，产品设计的自由度更高。

3.基于膜电阻本身的温度特性来进行温度检测，温度检测更准确。

4.直接对电阻本体的温度进行检测，温度反应速度快，当温度异常时，过温保护动作更迅速。

附图说明

图1为本公开实施例中的膜电阻的温度监测方法的流程图；

图2为本公开实施例中的膜电阻温度控制调节原理框图

图3为本公开实施例中的膜电阻的阻值随温度变化的特性曲线；

图4为本公开实施例中的电压电流采样的硬件电路实现的示意框图；

图5为本公开实施例中的膜电阻的温度过热保护方法的流程图。

图6为本公开实施例中的膜电阻阻值计算逻辑及温度保护处理逻辑流程图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。

另外，为了更好地说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

可以理解，本公开提及的上述各个方法实施例，在不违背原理逻辑的情况下，均可以彼此相互结合形成结合后的实施例，限于篇幅，本公开不再赘述。

本实施例提供一种膜电阻的温度监测方法，如图1所示，包括如下步骤：

S101、检测膜电阻工作时两端的工作电压及流过膜电阻的工作电流；

S103、通过欧姆定律来计算膜电阻的电阻；

S105、根据计算出的膜电阻的电阻，基于阻值与温度之间的关系曲线，通过查表的方式来获取膜电阻的工作温度。

本实施例实现温度监测方法取消了外部温度传感器元器件，取消了温度信号处理的信号调理电路，降低了系统成本；产品设计时不需要考虑温敏元器件的绝缘问题以及温敏元器件对结构带来的影响，产品设计的自由度更高；基于膜电阻本身的温度特性来进行温度检测，温度检测更准确；直接对电阻本体的温度进行检测，温度反应速度快，当温度异常时，过温保护动作更迅速。

如图2所示，为本公开实施例中的膜电阻温度控制调节原理框图，其中，所述膜电阻可以应用到水加热器中，而且，通过对水加热器中的膜电阻的采样电流就行采样，再根据膜电阻两端的电压计算进行电阻计算，再根据如图3所示的膜电阻的阻值随温度变化的特性曲线实现温度计算。再根据温度设定值判断是否需要对通过膜电阻的工作电流进行调节（也即能够控制膜电阻的温度）。如图2所示，具体的调节方式为根据上述的膜电阻的工作温度和温度设定值的比较结果采用PI调节器进行电压给定方式的调节，进而实现对功率开关管占空比的调节进而实现对通过膜电阻的工作电流进行调节。

作为一种可选的实施方式，如图4所示，所述工作电压采用串联分压电阻或电压传感器的方式获得，通过选择分压电阻阻值调整所述工作电压在0-3.3V。

作为一种可选地的实施方式，所述工作电流通过如下方式获得：在膜电阻所在线路中串联低阻值电流采样电阻或电流传感器。如图4所示，通过串联低阻值电流采样电阻（需要高精度的电阻）R2和R3来实现。

作为一种可选地的实施方式，所述膜电阻为单模电阻、双膜电阻或多膜电阻。如图4所示为双膜电阻的实现方式。

作为一种可选地的实施方式，如图4所示，当膜电阻为双模电阻或多模电阻时，获取工作电流可采用如下方式中的一种：通过独立的电流传感器（图未示出）或电流采样电阻测量膜电阻（R2和R3，实现的桥臂电流采样电路）流过的工作电流；

或，通过母线上单个电流传感器或电流采样电阻来获取多个膜电阻的总电流，然后通过软件算法来计算每一个膜电阻的工作电流。可选地，如图4所示，还可以具有多个串联的母线电压采样电路，其中，还可以包括能够实现电阻调节的变阻器，而且为了稳定母线电压，可以在母线电阻两端并联电容。

作为本公开实施例的另一方面，提供一种膜电阻的温度监测装置，如图4所示，以双膜电阻为例，包括：

电压采样电路1，用于检测膜电阻工作时两端的工作电压；

电流采样电路2，用于采样流过膜电阻的工作电流；

控制单元4，用于通过欧姆定律来计算膜电阻的电阻，根据计算出的膜电阻的电阻，基于阻值与温度之间的关系曲线，通过查表的方式来获取膜电阻的工作温度。

控制单元4可以为微控制器实现，也可采用其他具有处理功能的器件实现，如DSP、FPGA等器件。

其中，如图2所示，具体的调节方式为根据上述的膜电阻的工作温度和温度设定值的比较结果采用PI调节器进行电压给定方式的调节，进而实现对功率开关管占空比的调节进而实现对通过膜电阻的工作电流进行调节。

其中，上述温度监测装置同时也能实现上述实施例中的膜电阻的温度监测方法中的各种实施例。

作为本公开实施例的另一方面，如图5所示，提供一种膜电阻的温度过热保护方法，包括如下步骤：

S201、检测膜电阻工作时两端的工作电压及流过膜电阻的工作电流；

S203、通过欧姆定律来计算膜电阻的电阻；

S205、根据计算出的膜电阻的电阻，基于阻值与温度之间的关系曲线，通过查表的方式来获取膜电阻的工作温度；

S207、当所述工作温度被判定为异常后，通过调整功率开关管的占空比或关闭所述功率开关管来控制流过膜电阻的工作电流进而保护膜电阻不至于过热损坏。

作为一种可选的实施方式，如图6所示，所述膜电阻为双膜电阻或多膜电阻时，分别检测所述双膜电阻或多膜电阻的支路电流，基于所述支路电流计算双模电阻的两个支路电阻阻值或多模电阻的多个支路的支路电阻阻值；其中，基于所述支路电阻阻值计算支路温度；在识别到所述支路温度异常时，控制位于所述支路上的所述功率开关管关闭，并在检测到所述支路温度恢复到正常工作温度时，打开所述功率开关管以恢复所述支路的膜电阻的加热工作。

作为一种可选的实施方式，所述膜电阻为双膜电阻或多膜电阻时，分别检测所述双膜电阻或多膜电阻的支路电流，基于所述支路电流计算双模电阻的两个支路电阻阻值或多模电阻的多个支路的支路电阻阻值；基于所述支路电阻阻值计算支路温度；在识别到所述支路温度异常时，减少位于所述支路上的所述功率开关管的占空比以降低所述支路上的膜电阻的工作电流。

具体地，作为上述两种可选的实施方式的进一步实现，以多膜电阻实现的加热器为例，如图6所示，包括如下步骤：

S301、采样加热器支路电流I1、I2，...，In；

S302、计算加热器膜的电流采样电阻R1、R2,、...、Rn的电阻值；

S303、根据温度变换特性曲线计算加热器温度T1、T2,、...、Tn；

S304、分别检测加热器温度T1、T2,、...、Tn，是否出现了大于设定温度Tmax1的Tk，其中k为1、2、...、n；如果S304中未出现大于设定温度Tmax1的Tk，则进入S305；如果出现了大于设定温度Tmax1的Tk，则进入S306；

S305、则判断是否有出现了大于Tmax2的Tk，其中k为1、2、...、n；如果出现了大于Tmax2的Tk，则降低第k支路的加热器的温度设定值，减少第k支路加热器的电流；

S306、关闭第k支路的功率开关管（如IGBT）驱动，并持续监测第k支路的加热器的温度，判断Tk是否小于Trev，其中Trev为第k支路的膜电阻进入正常温度范围的温度阈值，如果小于Trev，则恢复第k支路的加热器驱动的工作；如果大于Trev的值，则继续保持关闭第k支路的功率开关管。

作为本公开实施例的另一方面，如图4所示，提供一种膜电阻的温度过热保护装置，包括：

电压采样电路1，用于检测膜电阻工作时两端的工作电压；

电流采样电路2，用于采样流过膜电阻的工作电流；

功率开关管3，与所述膜电阻串联，用于调整经过所述膜电阻的工作电流；

控制单元4，用于通过欧姆定律来计算膜电阻的电阻，根据计算出的膜电阻的电阻，基于阻值与温度之间的关系曲线，通过查表的方式来获取膜电阻的工作温度；判断所述工作温度是否异常，当所述工作温度被判定为异常后，通过调整功率开关管的占空比来控制流过膜电阻的工作电流进而保护膜电阻不至于过热损坏。

其中，上述保护装置同时也能实现上述实施例中的膜电阻的温度过热保护方法中的各种实施例。

尽管已经示出和描述了本公开的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本公开的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种膜电阻的温度监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

检测膜电阻工作时两端的工作电压及流过膜电阻的工作电流；

通过欧姆定律来计算膜电阻的电阻；

根据计算出的膜电阻的电阻，基于阻值与温度之间的关系曲线，通过查表的方式来获取膜电阻的工作温度。

2.如权利要求1所述的膜电阻的温度监测方法，其特征在于，所述工作电压采用串联分压电阻或电压传感器的方式获得，通过选择分压电阻阻值调整所述工作电压在0-3.3V。

3.如权利要求1或2所述的膜电阻的温度监测方法，其特征在于，所述工作电流通过如下方式获得：在膜电阻所在线路中串联低阻值电流采样电阻，或电流传感器。

4.如权利要求1所述的膜电阻的温度监测方法，其特征在于，所述膜电阻为单模电阻、双膜电阻或多膜电阻。

5.如权利要求4所述的膜电阻的温度监测方法，其特征在于，当膜电阻为双模电阻或多模电阻时，获取工作电流可采用如下方式中的一种：通过独立的电流传感器或电流采样电阻测量每一个膜电阻流过的工作电流；

或，通过母线上单个电流传感器或电流采样电阻来获取多个膜电阻的总电流，然后计算每一个膜电阻的工作电流。

6.一种膜电阻的温度监测装置，其特征在于，包括：

电压采样电路，用于检测膜电阻工作时两端的工作电压；

电流采样电路，用于采样流过膜电阻的工作电流；

控制单元，用于通过欧姆定律来计算膜电阻的电阻，根据计算出的膜电阻的电阻，基于阻值与温度之间的关系曲线，通过查表的方式来获取膜电阻的工作温度。

7.一种膜电阻的温度过热保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

检测膜电阻工作时两端的工作电压及流过膜电阻的工作电流；

通过欧姆定律来计算膜电阻的电阻；

根据计算出的膜电阻的电阻，基于阻值与温度之间的关系曲线，通过查表的方式来获取膜电阻的工作温度；

当所述工作温度被判定为异常后，通过调整功率开关管的占空比或关闭所述功率开关管来控制流过膜电阻的工作电流进而保护膜电阻不至于过热损坏。

8.如权利要求7所述的膜电阻的温度过热保护方法，其特征在于，所述膜电阻为双膜电阻或多膜电阻时，分别检测所述双膜电阻或多膜电阻的支路电流，基于所述支路电流计算双模电阻的两个支路电阻阻值或多模电阻的多个支路的支路电阻阻值；基于所述支路电阻阻值计算支路温度；在识别到所述支路温度异常时，控制位于所述支路上的所述功率开关管关闭，并在检测到所述支路温度恢复到正常工作温度时，打开所述功率开关管以恢复所述支路的膜电阻的加热工作。

9.如权利要求7所述的膜电阻的温度过热保护方法，其特征在于，所述膜电阻为双膜电阻或多膜电阻时，分别检测所述双膜电阻或多膜电阻的支路电流，基于所述支路电流计算双模电阻的两个支路电阻阻值或多模电阻的多个支路的支路电阻阻值；基于所述支路电阻阻值计算支路温度；在识别到所述支路温度异常时，减少位于所述支路上的所述功率开关管的占空比以降低所述支路上的膜电阻的工作电流。

10.一种膜电阻的温度过热保护装置，其特征在于，包括：

电压采样电路，用于检测膜电阻工作时两端的工作电压；

电流采样电路，用于采样流过膜电阻的工作电流；

功率开关管，与所述膜电阻串联，用于调整经过所述膜电阻的工作电流；

控制单元，用于通过欧姆定律来计算膜电阻的电阻，根据计算出的膜电阻的电阻，基于阻值与温度之间的关系曲线，通过查表的方式来获取膜电阻的工作温度；判断所述工作温度是否异常，当所述工作温度被判定为异常后，通过调整功率开关管的占空比来控制流过膜电阻的工作电流进而保护膜电阻不至于过热损坏。