电热器的操作方法与流程

本发明涉及电热器的操作方法以及形成和/或构造和/或编程为执行所述操作方法的电热器。

背景技术：

为了向车辆中的乘客提供舒适的空气温度，电热器在havac系统中被用于现代车辆中，从而加热供应到车辆的客舱中的新鲜空气。在具有传统内燃机的车辆的情况下，这样的电加热装置或者辅助加热器在冷起动阶段被使用，在所述冷起动阶段中，由内燃机产生的废热不足以将新鲜空气加热至期望的温度。在混合动力车辆或者完全电动的车辆中，即使在起动阶段之后车辆部件的废热也不足以确保期望的车辆的客舱中的空气温度。

另外，这样的电热器被用于电池冷却系统中，以便调节在这样的电池冷却系统中使用的冷却剂和/或制冷剂的温度。

为了避免电热器的可能导致电热器或车辆的其他部件或乘客的损害的故障，电热器的出口空气不允许超过在电热器的寿命周期期间不变的最大温度值。

从ep2629583a1已知这样的电热器，其包括至少n组通过电能消耗改变它们的温度的加热元件，包括具有两个切换设备的控制单元，使得第一切换设备包括至少n个用于将至少n组加热元件切换至高电压高侧级别的电源开关，并且使得第二电源开关设备包括至少n个用于将至少n组加热元件切换至高电压低侧级别的开关，其中n为1、2或更多。

流过加热元件的电流以及跨过加热元件的电压被测量。通过微控制器计算加热元件的电阻，并且基于从微控制器获得的电阻数据评估它们的温度。由于加热元件的电阻随着温度改变，所以能够从电阻数据获得。将实施功率调节，以实现加热元件的期望的温度。

因此，ep2629583a1提供了加热元件的调节，然而，为了控制电热器的出口温度，电热器需要至少一个外部温度传感器，所述外部温度传感器需要安装在电热器的出口区域中。另外，由这样的温度传感器测量的温度值需要传递至控制单元。由于一个温度传感器专用于一个加热元件，所以需要若干温度传感器来覆盖整个加热器表面。

技术实现要素：

本发明基于提出电热器的操作方法的任务，所述方法提供了电热器的具有成本效益的操作。

根据本发明，该问题由独立权利要求的主题解决。有益的实施方式为从属权利要求的主题。

本发明基于至少一个控制单元的至少一个温度传感器被用于测量加热元件的参考温度的主要构思。

本发明的电热器的操作方法针对具有带有测量参考温度的至少一个温度传感器的至少一个控制单元的电热器而构造和/或形成。温度传感器可以集成在控制单元中。温度传感器可以集成在控制单元的电路板上和/或集成在电热器的电路板上。温度传感器可以通信连接至控制单元。温度传感器可以将测量到的温度值传送至控制单元。

另外，电热器包括具有临界温度以上的ptc模式和临界温度以下的ntc模式的至少一个加热元件。ptc元件用作将电能转换为热能的加热元件。ptc元件为具有正温度系数(ptc＝positivetemperaturecoefficient，正温度系数)的热变电阻，所述正温度系数提供了ptc元件的电阻与温度之间的非线性关联。如果超过临界温度，则ptc元件的电阻相对于增加的温度非线性地增加。然而，这样的ptc元件具有临界温度以下的负温度系数(ntc＝negativetemperaturecoefficient，负温度系数)。在ntc模式下，ptc元件的电阻相对于减小的温度增加。

本发明的操作方法包括以下步骤。流体，尤其是空气，经过电热器并且被加热元件加热至出口温度。电热器或者在正常模式下操作，或者在保护模式下操作。在正常模式下，加热元件被供给有直流电流和/或直流电压。在保护模式下，通过脉冲宽度调整来调节供应至加热元件的电功率。如果参考温度小于或等于临界温度，在正常模式下操作电热器。如果参考温度大于临界温度，在保护模式下操作电热器。

在现有技术的状态下，已知从加热元件的电阻获取其温度，但只要加热元件的操作模式(ptc模式或者ntc模式)不确定，该温度值就不是明确的。仅当加热元件在ptc模式下操作时，才触发保护模式，而当加热元件在ntc模式下操作时，保护模式是无用的和/或达不到预期目的的。由于切换操作的次数减少，所以加热元件在正常模式下的操作改善了电热器的电磁适应性。

在根据本发明的技术方案的有益实施例中，临界温度存储在控制单元中。控制单元将参考温度与临界温度进行比较。如果参考温度小于或等于临界温度，控制单元触发正常模式。如果参考温度大于临界温度，控制单元触发保护模式。

在根据本发明的技术方案的有益实施例中，控制单元在电热器在保护模式下操作的同时确定加热元件的电阻。可以通过测量流过加热元件的电流以及通过测量跨过加热元件的电压来确定电阻。电阻可以通过欧姆定律确定。电热器可以包括电压测量单元和/或电流测量单元。

在根据本发明的技术方案的有益实施例中，控制单元将加热元件的电阻与最大电阻值进行比较。如果电阻大于最大电阻值，通过脉冲宽度调整减小供应至加热元件的电功率。该减小可以通过减少工作周期来执行，从而减小流过加热元件的电流。最大电阻值可以对应于电热器的最大出口温度。加热元件的电阻与电热器的最大出口温度之间的关联可以通过测量和/或计算和/或模拟来确定。该关联可以以转移函数和/或表格的形式存储在控制单元上。

在根据本发明的技术方案的有益的实施例中，加热元件的电阻与最大电阻值的比较被连续执行。在相等的时间期限内，可以重复执行所述比较以及加热元件的电阻的调节。

在根据本发明的技术方案的有益的实施例中，控制单元通过加热元件的电阻来确定流体的出口温度。加热元件的电阻与电热器的最大出口温度之间的关联可以通过测量和/或计算和/或模拟来确定。该关联可以以转移函数和/或表格的形式存储在控制单元上。

在根据本发明的技术方案的有益的实施例中，参考表格和/或转移函数存储在控制单元中。针对加热元件的给定电阻，参考表格和/或转移函数提供流体的对应的出口温度。控制单元通过参考表格和/或转移函数来确定流体的出口温度。

在根据本发明的技术方案的有益的实施例中，控制单元将出口温度与最大温度值进行比较。如果出口温度大于最大温度值，通过脉冲宽度调整来减小供应至加热元件的电功率。该减小可以通过减少工作周期来执行，从而减小流过加热元件的电流。

在根据本发明的技术方案的有益的实施例中，连续执行出口温度与最大温度值的比较。在相等的时间期限内，可以重复执行所述比较以及电热器的出口温度的调节。

本发明还涉及一种电热器，其包括至少一个控制单元，所述至少一个控制单元具有测量参考温度的至少一个温度传感器。电热器包括至少一个加热元件，所述至少一个加热元件具有临界温度以上的ptc模式和临界温度以下的ntc模式。控制单元形成和/或构造和/或编程为执行上述根据本发明的方法。

在根据本发明的技术方案的有益的实施例中，电热器包括至少一个切换元件。这样的切换元件可以被用于通过脉冲宽度调整来调节供应至加热元件的电功率。在技术方案的另外的实施例中，切换元件由控制单元控制。

在根据本发明的技术方案的有益的实施例中，切换元件与加热元件导电地连接，并且与至少一个电源连接件导电地连接。

电热器可以包括至少n组通过电能消耗改变它们的温度的加热元件，包括具有两个切换设备的控制单元，使得第一切换设备包括至少n个用于将至少n组加热元件切换至高电压高侧级别的电源开关，并且使得第二电源开关设备包括至少n个用于将至少n组加热元件切换至高电压低侧级别的开关，其中n为1、2或更多。

电热器可以包括用于测量跨过加热元件的电压的至少一个第一传感器设备，并且可以包括用于测量流过加热元件的电流的至少一个第二传感器设备。

本发明的另外的重要特征和益处将从从属权利要求、附图以及参照附图的相关附图描述显现。

不言而喻的是，在没有离开本发明的范围的情况下，上述的特征以及将在下文中说明的特征不仅能够用于分别陈述的组合中，而且还能够用在不同的组合中或者由它们自己使用。

附图说明

本发明的优选示例实施例图示在附图中，并且在下面的描述中更加详细地说明本发明的优选示例实施例，其中相同的附图标记涉及相同或相似或功能上相同的部件。

在附图中，在每种情况下示意性地，

图1示出了本发明的方法的第一实施例的图解，

图2示出了本发明的方法的第二实施例的图解。

具体实施方式

在图1中的方框1中，由具有至少一个温度传感器的控制单元测量参考温度。如果参考温度小于或等于加热元件的临界温度，则电热器在正常模式下操作。如果参考温度大于临界温度，则电热器在保护模式下操作。图1中的图解描述了保护模式。

在方框2中，由控制单元和/或由第一传感器装置测量跨过加热元件的电压。在方框3中，由控制单元和/或由第二传感器装置测量流过加热元件的电流。在方框4中，控制单元通过欧姆定律确定加热元件的电阻。在方框5中，控制单元将加热元件的电阻与最大电阻值进行比较。在方框6中，如果电阻大于最大电阻值，则通过脉冲宽度调整来减小供应至加热元件的电功率。在方框7中，由于脉冲宽度调整的结果，控制和/或调节电热器的输出温度。

图2中的图解描述了电热器的保护模式。相比于图1，在方框5a中，控制单元通过参考表格和/或转移函数来确定电热器的流体的出口温度，并且将出口温度与最大温度值进行比较。在方框6a中，如果出口温度大于最大温度值，则通过脉冲宽度调整来减小供应至加热元件的电功率。