用于流体加热系统的控制装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于机动车辆、尤其是电动或混合动力车辆的、用于加热流体、优选液体的系统的控制装置。


背景技术：

2.以已知的方式，这种用于加热流体、优选为液体的系统包括电加热元件和腔室，该腔室形成为使得流体被腔室中的所述电加热元件加热。
3.用于控制电加热元件的装置通常包括至少一个功率晶体管，其被提供高电压，并且其栅极由被提供低电压的电路驱动。例如，高电压大约为350v，而低电压大约为12v。
4.在功率晶体管出现故障的情况下，加热装置可能会持续运行，这在水开始沸腾和蒸发时会产生无法接收的火灾风险，尤其是考虑到标准iso 26262。


技术实现要素：

5.本发明的目的是弥补这一缺陷。
6.提供了一种用于控制用于加热机动车辆的流体、优选液体流体的系统的控制装置，该系统包括至少一个被配置为加热所述流体的电加热元件，该控制装置包括：能够连接到电加热元件的第一电子开关和能够连接到电加热元件的第二电子开关；用于测量第一温度的传感器和微控制器，二者均与第一电子开关相关联，该微控制器被配置为根据第一温度的测量值打开或关闭第一开关；用于测量第二温度的传感器和逻辑控制模块，二者均与第二电子开关相关联，并且该模块包括被设置为将测得的第二温度与阈值进行比较的比较器，该模块被配置为根据比较结果打开或关闭第二开关。
7.根据另一方面，该模块被配置为：如果第二温度大于阈值，则打开第二电子开关。
8.根据另一方面，该模块包括用于微控制器和逻辑控制模块之间的连接的数字耦合器，该数字耦合器被配置为将测得的第二温度传送给微控制器和/或激活或停用第二电子开关。
9.根据另一方面，微控制器被配置为：如果测得的第一和第二温度的值之间的差值的绝对值大于阈值，则打开第一电子开关。
10.根据另一方面，逻辑控制模块包括另一比较器，用于将第一温度与阈值进行比较，并且被配置为：如果第一温度大于阈值，则打开第二电子开关。
11.根据另一方面，逻辑控制模块包括用于检查第一和第二温度的一致性的检查装置，该装置被配置为：如果第一温度不同于第二温度，则打开第二电子开关。
12.根据另一方面，该控制装置包括开关模式电源。
13.根据另一方面，提供了一种用于加热流体、特别是液体的系统，其包括电加热元件和如上所述的控制装置。
附图说明
14.通过阅读下面的详细说明并分析附图，其他特征、细节和优点将变得显而易见，附图中：
15.图1示意性地示出了根据第一实施例的加热系统的控制装置。
16.图2示意性地示出了图1中控制装置的比较器。
17.图3示意性地示出了根据第二实施例的加热系统的控制装置。
18.图4示意性地示出了根据第三实施例的加热系统的控制装置。
19.图5示出了根据第一变型的图4中的控制装置。
20.图6示出了根据第二变型的图4中的控制装置。
具体实施方式
21.附图及以下说明基本上包含特定性质的元素。因此，如果适用，它们不仅可以用于更好地理解本公开，还可以有助于其定义。
22.在说明书的其余部分中，相同或执行相同功能的元件用相同的附图标记表示。在本说明书中，为了简明起见，不在每个实施例中都详细描述这些元件。相反，仅详细描述了不同实施例之间的差异。
23.从图中可以看出，本发明的一个主题是用于加热机动车辆的流体100(优选为液体流体)的系统的控制装置1。
24.加热系统100包括电加热元件101。加热元件101有利地是圆柱形加热管，其包括加热电阻器r，该加热电阻器r为丝网印刷轨道型、护套电阻器型或具有正温度系数的类型。
25.加热系统100还包括腔室102，液体流体f，例如乙二醇-水混合物，流过该腔室，并且加热元件101浸没在该流体f中，使得流体f被腔室102中的电加热元件101加热。
26.参考图1和2描述第一实施例。
27.如图1所示，控制装置1包括第一电子开关2和第二电子开关3。
28.优选地，第一和第二开关2、3是igbt功率晶体管(igbt代表绝缘栅双极型晶体管)。
29.控制装置1还包括与第一开关2相关联的微控制器4，该微控制器4被配置为打开或关闭第一开关2。
30.例如，微控制器4向晶体管2的栅极施加所谓的低电压，特别是大约12v的低电压，以关闭晶体管2，并施加零电压以打开晶体管2。
31.控制装置1还包括温度传感器，例如ptc或ntc类型的温度传感器，用于测量第一温度t1。在腔室102中或附近测量温度t1，以便直接或间接确定流经加热系统100的流体的温度。
32.微控制器4被配置为在t1大于阈值时打开晶体管2。
33.从图1和2中还可以看出，控制装置1包括用于第二开关3的逻辑控制模块5。
34.应注意的是，逻辑控制模块5与微控制器的不同之处在于它包括较少的信号处理阶段。特别地，该模块不包括模拟/数字转换器。此外，电流源及其配备的比较器之间存在直接的连接，这将在下面详细说明。逻辑控制模块仅具有其设计的功能，不同于根据其编程(软件)操作的微控制器。
35.与现有技术不同，为了安全起见，逻辑控制模块5允许提供冗余而不需要第二微控
制器。因此，消除了某些信号处理阶段，这使得控制装置更具鲁棒性。
36.模块5包括比较器6和用于控制晶体管3的栅极的装置7，比较器6被设置成将测得的第二温度t2与阈值进行比较，装置7连接到比较器5并被配置成根据比较结果打开或关闭第二开关3。
37.控制装置1还包括温度传感器，例如ptc或ntc类型的温度传感器，用于测量第二温度t2。在腔室102中或附近测量温度t2，以便直接或间接确定流经加热系统100的流体的温度。
38.栅极控制装置7被配置为在t2大于阈值时打开晶体管3。
39.从图1中还可以看出，晶体管2、3在被表示为hv 和hv-(hv代表高电压)的两个电势之间串联连接到电加热元件101，形成所谓的高压电路8。电压hv 例如大约为350v。
40.如图1所示，控制装置1包括低压电路9，该低压电路9包括所谓的回扫开关模式电源，该回扫开关模式电源以已知的方式包括连接到电源11的变压器12，并向微控制器4、模块5以及晶体管2和3供电。
41.该电源据称是低压电源，并且传送包含在5v和20v之间的电压，例如12v或15v
42.同样如图1所示，控制装置1还包括微控制器4和模块5之间的数字耦合器13。
43.根据该第一实施例，数字耦合器13确保微控制器4和模块5之间的通信，使得微控制器4经由模块5驱动第二晶体管3的激活。为此，该模块包括温度t2的信号和微控制器4通过耦合器13发送的开/关信号之间的“与”逻辑。
44.因此，在发生故障的情况下，温度t1和/或温度t2变得大于阈值，并且第一晶体管2和/或第二晶体管3分别借助于微控制器4和模块5打开，这允许防止任何火灾风险。
45.参照图3描述第二实施例。
46.已经参照图1描述了第二实施例中的控制装置1的元件1至13。也已描述了加热系统的元件100-102。
47.如图3所示，控制装置1包括模数转换器14，用于通过数字耦合器13将温度t2传输到微控制器4。物理总线可以是i2c总线(i2c代表内部集成电路)或spi总线(spi代表串行外围接口)。
48.有利地，在这种情况下，微控制器4可以被配置为检查温度t1和t2的一致性，并且如果t1和t2不一致(它们的差值的绝对值大于阈值，该阈值可以被设置为零)，则打开第一晶体管2。
49.参照图4至6描述第三实施例。
50.已经参照图3描述了第三实施例中的控制装置1的元件1至14。也已描述了加热系统的元件100-102。
51.如图4所示，pwm信号(pwm代表脉宽调制)通过耦合器13从微控制器4传输到模块5，该pwm信号的占空比根据温度t1进行调制。
52.在图5中，除了比较器6外，模块5还包括比较器15，该比较器15被设置成借助于pwm信号来比较第一温度t1。比较器15连接到用于控制晶体管3的栅极的装置7，使得如果t1大于阈值或者如果t2大于阈值，则打开第二晶体管3
53.在图6中，除了比较器6和15外，模块5还包括用于比较温度t1和t2的装置16，该装置16连接到用于控制晶体管3的栅极的装置7，使得如果温度t1和t2不同于阈值，则打开第
二晶体管3，该阈值可以设置为零。
54.如图6所示，装置16包括第一减法器17、第二减法器18和比较器19。
55.第一减法器17具有作为正输入的信号t1和作为负输入的信号t2，而第二减法器具有作为正输入的信号t2和作为负输入的信号t1，这使得可以在比较器19中将两个温度之间的差与阈值δ进行比较。
56.因此，根据此变型，如果满足以下条件，用于控制晶体管3的栅极的装置7打开第二晶体管3：
[0057]-温度t1大于该阈值，
[0058]-温度t2大于该阈值，和/或
[0059]-温度t1和t2不同。
[0060]
应注意的是，如图1、3和4所示，装置1有利地包括数字耦合器20，该数字耦合器20由电源11供电，并且被放置在低压电路9和微控制器4之间，以便传送关于控制装置1的操作的其他信息。
[0061]
因此，借助于本发明，可以可靠地检测功率晶体管的故障，这使得有可能维护相关联的加热系统并保护配备有该系统的机动车辆的乘员。