專利名稱：車輛流體箱的加熱器、包括其的機(jī)動(dòng)車輛、及用于加熱車輛流體箱的方法
車輛流體箱的加熱器、包括其 的機(jī)動(dòng)車輛、及用于加熱車輛
流體箱的方法本發(fā)明涉及一種用于車輛流體箱的加熱系統(tǒng)，所述加熱系統(tǒng)包括至少一個(gè)電阻元件以及一個(gè)控制單元，該控制單元被適配為弓丨導(dǎo)電流穿過所述至少一個(gè)電阻元件。本發(fā)明還涉及一種包括此種加熱系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車輛。本發(fā)明還涉及一種用于加熱車輛流體箱的方法。用于車輛流體箱的加熱系統(tǒng)，具體是用于旨在盛放在正常的冬季溫度下可以凍結(jié)的流體(諸如在選擇性催化還原反應(yīng)(SCR)中用來處理來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的氨前體溶液)的箱，在本領(lǐng)域內(nèi)是已知的。一種常用類型的前體溶液是水和脲的一種低共熔的液體混合物，它在商標(biāo)AdBlue下是可商購的。已知這種溶液在低于大約_11°C的溫度下凍結(jié)，這是一種在世界的許多區(qū)域的冬季時(shí)間期間有規(guī)律地發(fā)生的情況。因此，必要的是在這些條件下在將排氣中的NOx化合物還原之前融化一定量的儲(chǔ)存溶液。在申請人名下的專利申請WO 2008/138960A1說明了一種脲儲(chǔ)箱以及具有一個(gè)集成加熱元件的基板。這種集成加熱元件包括至少一個(gè)柔性加熱部件。優(yōu)選地，該柔性部件是一個(gè)柔性加熱器，這就是說它包括插在兩個(gè)柔性薄膜之間或附接于一個(gè)柔性薄膜上的至少一個(gè)電阻條。在上述這些加熱系統(tǒng)中，重要的是避免氨前體溶液的過熱，這種過熱可以導(dǎo)致不愉快的氣味并且甚至導(dǎo)致溶液特性的不希望的改變。對于這一問題，現(xiàn)有技術(shù)的解決方案是使用帶有電阻的加熱元件，該電阻具有一個(gè)正溫度系數(shù)(PTC)，因此提供了一定量的自調(diào)整。然而，當(dāng)該P(yáng)TC為溫的時(shí)，可獲得較小的加熱功率。此外，由于電流消耗隨溫度而改變， 因而基于電流消耗的似真性對加熱器進(jìn)行診斷是有困難的。在典型的汽車狀況下，電源電壓可以在9與16伏之間的范圍，這取決于電氣系統(tǒng)上的總的瞬時(shí)負(fù)載。由于車輛操作者或者來自車輛電子設(shè)備的指令的作用，該供給電壓隨著不同的電氣功能件接通和斷開而波動(dòng)。典型地，這些電氣功能件是高消耗功能件(如空調(diào)單元和后窗除霜器)以及低消耗單元(如不同的電子電路和指示器)的一種混合。這些功能件可以在非常不同的時(shí)間標(biāo)度下循環(huán)經(jīng)過接通和斷開的狀態(tài)。其結(jié)果是，由電阻元件所消散的熱量的量值也將會(huì)波動(dòng)，從而使之難以控制將要對車輛流體箱的內(nèi)含物進(jìn)行融化和/或加熱所處的精確條件。對于SCR系統(tǒng)，這些加熱條件的可控制性是一個(gè)嚴(yán)肅的考慮，因?yàn)檐囕v制造商們想要確保一個(gè)足夠迅速的融化過程以符合可適用的排放標(biāo)準(zhǔn)(具體地是關(guān)于NOx排放)，同時(shí)避免氨前體溶液的過熱。一個(gè)進(jìn)一步的考慮是避免加熱系統(tǒng)本身(包括例如控制單元、 流體容器、接線以及這些電阻元件)的過熱。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種滿足以上考慮的上述種類的加熱系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，因此在此提供了一種如所說明的加熱系統(tǒng)，其中該控制單元被適配為根據(jù)一種脈寬(脈沖寬度)調(diào)制方案改變所述電流。本發(fā)明是基于以下理解，即通過改變脈寬調(diào)制的電流的占空比，電阻元件所消耗的熱量的量值在相同程度上發(fā)生改變。
因此，該加熱系統(tǒng)的尺寸可以被有利地確定為在可以正常預(yù)期到的最低供給電壓下根據(jù)一個(gè)希望的特征來運(yùn)行，并且當(dāng)實(shí)際的供給電壓高于這個(gè)最小值時(shí)則可以對脈寬調(diào)制的電流的占空比進(jìn)行調(diào)制來補(bǔ)償。使用脈寬調(diào)制來控制加熱器在本領(lǐng)域內(nèi)是已知的。美國專利申請2004/0170212A1 披露了使用脈寬調(diào)制來控制被引導(dǎo)通過一個(gè)電阻加熱器的平均有效電流。其中披露的加熱器旨在用于加熱一個(gè)傳感器，而不具有與一個(gè)車輛流體箱一起使用時(shí)所要求的特征。本發(fā)明的實(shí)施方案的另一個(gè)目的是允許進(jìn)行一個(gè)階段性的融化過程，其中一個(gè)第一階段在較高的熱消散水平下運(yùn)行，如所要求的快速融化一個(gè)足夠量的溶液以允許泵開始運(yùn)行，并且一個(gè)第二階段在較低的熱消散水平下運(yùn)行以允許箱內(nèi)含物的殘余物逐漸融化。在本發(fā)明的加熱系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案中，該脈寬調(diào)制方案被施用為使得可以獲得至少兩個(gè)不同的加熱功率水平。這個(gè)實(shí)施方案具有允許一個(gè)階段性融化過程的優(yōu)點(diǎn)。對應(yīng)的所希望的特征通過向占空比施加一個(gè)進(jìn)一步的修改來獲得。在本發(fā)明的加熱系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案中，該控制單元被適配為確定占空比，該占空比與供給電壓的一個(gè)平穩(wěn)測量值的平方成反比。平穩(wěn)測量值的使用具有以下優(yōu)點(diǎn)，即忽略供給電壓的高頻波動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)這一點(diǎn)而不會(huì)消極地影響加熱系統(tǒng)的運(yùn)行，因?yàn)檫@種電阻元件的熱慣性及其環(huán)境正常時(shí)將足夠大至使得非常精細(xì)的調(diào)制是以熱方式不可檢測的。在一個(gè)實(shí)施方案中，該加熱系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)操作性地連接到所述控制單元上的溫度傳感器，其中所述控制單元被適配為響應(yīng)于從所述溫度傳感器接收的一個(gè)溫度讀數(shù)來修改所述電流的占空比。這個(gè)實(shí)施方案具有能夠提供一種附加的保護(hù)以防止車輛箱系統(tǒng)的所選部件過熱的優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，該溫度傳感器被置于該控制單元中或者在其附近。這個(gè)實(shí)施方案具有保護(hù)控制單元的優(yōu)點(diǎn)，這可以使用熱敏的電子設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，該溫度傳感器被置于該電阻元件附近。這個(gè)實(shí)施方案具有提供一個(gè)真實(shí)反饋回路的優(yōu)點(diǎn)，這樣使得該系統(tǒng)除上述這些控制特征之外可以像一個(gè)恒溫器一樣運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在此提供了一種包括配備有本發(fā)明的加熱系統(tǒng)的流體箱的機(jī)動(dòng)車輛。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在此提供了一種用于加熱具有至少一個(gè)電阻元件的車輛流體箱的方法，該至少一個(gè)電阻元件在一個(gè)控制單元(120)的控制下從電源接收電流， 該方法包括根據(jù)一種脈寬調(diào)制方案改變所述電流。在本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方案中，該脈寬調(diào)制方案的施用方式為使得可以獲得至少兩個(gè)不同的加熱功率水平。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法進(jìn)一步包括測量所述電源的電壓、使所述供給電壓平穩(wěn)、并且針對所述脈寬調(diào)制來確定一個(gè)占空比，該占空比與所述平穩(wěn)的供給電壓的平方成反比。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法進(jìn)一步包括測量一個(gè)溫度、并且響應(yīng)于所述溫度來修改所述電流的占空比。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，所述溫度是在所述控制單元(120) 中或者在其附近測量的。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，所述溫度是在所述電阻元件(110) 附近測量的。通過參照以下附圖將更好地理解本發(fā)明的這些方面和其他方面，在附圖中

圖1是本發(fā)明 的加熱系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)加熱系統(tǒng)中相對脈寬隨供給電壓而變化的簡圖；并且圖3是根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方案的流程圖。在圖1中示意性描繪的實(shí)施方案包括在一個(gè)車輛流體箱100 (特別是用于盛裝一種脲溶液的箱)內(nèi)的一個(gè)電阻元件110，其中該電阻元件110被用于加熱箱100的內(nèi)含物。 在本發(fā)明的系統(tǒng)的具體實(shí)施方案中，電阻元件還可以或者取而代之被安排在該箱的外部和附近或者在箱的多個(gè)附件(如一種脲溶液泵)處，這些附件要求加速融化周圍的溶液。電阻元件110從一個(gè)控制單元120接收電流，該控制單元從一個(gè)電源(此處描繪為一個(gè)電池130)獲取其能量。普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管只示出了一個(gè)電池130，但除電池130之外或者作為其替代物可以存在其他電源元件，如一個(gè)交流發(fā)電機(jī)。普通技術(shù)人員還將會(huì)認(rèn)識到，在本說明書中任何之處的控制單元120被描述為傳送、引導(dǎo)、或者控制一個(gè)電流，這種作用事實(shí)上可以通過相應(yīng)地作用在相應(yīng)的電信號的電壓上來完成，這兩個(gè)變量通過電能導(dǎo)入所經(jīng)電路的總體電阻而本質(zhì)上相連。控制單元120被適配為將由電池130提供的電源電壓(該電源電壓可能在約9V 與約16V之間波動(dòng))轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制的電信號(如示意性地展示為方波123)。通過電阻元件110將這個(gè)信號中的能量轉(zhuǎn)換為熱量。為此，控制單元120包括一個(gè)占空比計(jì)算智能體121以及一個(gè)切換智能體122。該占空比計(jì)算智能體121結(jié)合了所有相關(guān)信息以確定根據(jù)本發(fā)明的概念所希望的占空比。因此，考慮到電池130傳送的瞬時(shí)供給電壓水平，占空比計(jì)算智能體121被適配為針對所希望的熱消散水平確定所要求的占空比，如參見以下圖2更詳細(xì)說明的。優(yōu)選地， 考慮到瞬時(shí)供給電壓水平，占空比計(jì)算智能體121被適配為針對一個(gè)第一和一個(gè)第二所希望的熱消散水平來確定對應(yīng)的所要求的占空比。占空比計(jì)算智能體121直接地或者在平穩(wěn)濾波器124運(yùn)行之后間接地測量該供給電壓，該平穩(wěn)濾波器旨在從所測量的供給電壓測量值中去除高頻波動(dòng)。平穩(wěn)濾波器124可以被實(shí)現(xiàn)為一種常見的低通濾波器?？刂茊卧?20 (并且更具體地是占空比計(jì)算智能體121)被操作性地連接到安排在該電阻元件110附近(優(yōu)選在箱100中)的一個(gè)第一溫度傳感器141上和/或連接到安排在所述控制單元120中或者附近的一個(gè)第二溫度傳感器142上。占空比計(jì)算智能體121可以在該占空比的確定中考慮來自這些溫度傳感器141、142的溫度讀數(shù)以滿足多個(gè)附加的目的，諸如當(dāng)該內(nèi)含物未凍結(jié)時(shí)避免箱100的不必要的加熱、避免箱100的內(nèi)含物的過熱、 以及避免控制單元120的過熱，該控制單元的溫度部件可以是熱敏的。操作性地連接到占空比計(jì)算智能體121上的切換智能體122被適配為根據(jù)占空比計(jì)算智能體121確定的占空比來進(jìn)行實(shí)際的脈寬調(diào)制，因此將電池130供給的電壓轉(zhuǎn)變成所希望的電壓波123?？梢允褂萌魏伪娝苤挠糜陔娮涌刂齐娐穼W(xué)的技術(shù)(分開地或者共同地)來實(shí)現(xiàn)占空比計(jì)算智能體121和切換智能體122，包括例如適當(dāng)編程的處理器或者微控制器、適當(dāng)配置的可編程邏輯(包括現(xiàn)場可編程門陣列(FGPA))、專用集成電路(ASIC)、以及不同的電子電路。
圖2代表了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的加熱系統(tǒng)中相對脈寬隨供給電壓而變化。為了展示的目的，假定該加熱系統(tǒng)被適配為在一個(gè)第一加熱功率水平P1 = 100W和一個(gè)第二加熱功率水平P2 = 50W下來操作。該加熱系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為在Umin = 8V的供給電壓水平 (這與稍小于典型的汽車系統(tǒng)中最低的正常預(yù)期供給電壓相對應(yīng))下提供這些功率水平。 因?yàn)閷τ?00%的占空比(即對于一個(gè)始終運(yùn)行的加熱器)，P2 = Umin2/R，我們發(fā)現(xiàn)電阻元件必須具有0.64 Ω的電阻。為了針對高于以上提及的最小水平的供給電壓水平維持一個(gè)100W的第一熱消散水平，減少了脈寬調(diào)制的加熱電流的占空比。因此，在其他的方面完全相同的條件下，由于供給電壓的兩倍增加(即16V的供給電壓)將導(dǎo)致熱消散的四倍增加，所以相應(yīng)的占空比必須被設(shè)定為25%以便維持100W的熱消散水平。相同的計(jì)算適用于供給電壓的任何中間值，因此產(chǎn)生了圖2的簡圖中最上面的曲線(其中數(shù)據(jù)點(diǎn)作為實(shí)心圓點(diǎn)示出)，其中所得到的占空比清楚地顯示了一個(gè)1/U2的比例性。為了在以上提及的最小供給電壓水平Umin下獲得一個(gè)50W的第二熱消散水平，在此電壓下將該脈寬調(diào)制的加熱電流的占空比設(shè)定為50%。為了針對高于最小水平的供給電壓水平維持這一熱消散水平，進(jìn)一步減少了該占空比。再次，由于在其他方面完全相同的條件下供給電壓的兩倍增加(即16V的供給電壓)將導(dǎo)致熱消散的四倍增加，所以相應(yīng)的占空比必須被設(shè)定為12. 5%以便維持50W的熱消散水平。相同的計(jì)算適用于供給電壓的任何中間值，因此產(chǎn)生了圖2的簡圖中最下面的曲線(其中數(shù)據(jù)點(diǎn)作為空心圓點(diǎn)示出)，其中所得到的占空比再次清楚地顯示了一個(gè)1/U2的比例性。在圖2中，代表在OV與8V之間的供給電壓水平的虛線區(qū)域是一個(gè)異常區(qū)域。如果按以上所指明的選擇該加熱元件的電阻，確定將會(huì)導(dǎo)致所希望的100W的熱消散的、在0% 與100%之間的一個(gè)占空比是不可能的。使用高于50%的占空比值，原則上有可能提供50W 的加熱水平，只要供給電壓是大于或等于U5ciw = V (100% X50WX0. 64 Ω ) = 5. 66V。圖3表示本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方案的流程圖。在步驟310中，從至少一個(gè)第一和一個(gè)第二所希望的熱消散水平中選出一個(gè)所希望的熱水平。這可能根據(jù)一個(gè)預(yù)定的時(shí)間進(jìn)度表發(fā)生，例如為了在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后直接在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間T1期間應(yīng)用一個(gè)更高的熱消散水平以及在時(shí)間T1終止之后應(yīng)用一個(gè)更低的熱消散水平。在步驟320中，測量瞬時(shí)電源電壓。在步驟330中，可任選地將供給電壓平穩(wěn)化。步驟320和330的順序可以在實(shí)施方案之間變化。可以照原樣測量供給電壓，因此，對這些測量值應(yīng)用一種數(shù)值平穩(wěn)算法，如時(shí)間平均算法?？商娲?，可以使該供給電壓穿過一個(gè)低通濾波器或者其他電子平穩(wěn)化裝置，因此使用該控制單元來測量該平穩(wěn)信號用于進(jìn)一步的使用。還可以例如通過使用一種低頻取樣與保持測量法將測量和平穩(wěn)化相結(jié)合?？扇芜x地，通過測量、優(yōu)選通過如以上對于圖1的傳感器140和141所描述而定位的多個(gè)溫度傳感器來獲得一個(gè)或多個(gè)溫度值。最終，在步驟350中，將所有相關(guān)信息進(jìn)行合并，以確定根據(jù)本發(fā)明的概念所希望的占空比。因此，考慮到電池130傳送的瞬時(shí)供給電壓水平，控制單元120針對至少一個(gè)第一和一個(gè)第二所希望的熱消散水平中的一者來確定所要求的占空比，如參見以上圖2更詳細(xì)說明的。將溫度測量值(若可獲得的話)納入考慮以便進(jìn)一步減少占空比(或者甚至完全關(guān)閉該加熱系統(tǒng)，這對應(yīng)于0%的占空比)，例如當(dāng)溫度的測量值表明這些箱內(nèi)含物和/ 或該控制單元過熱的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)。盡管已經(jīng)作為一系列連續(xù)的步驟對本發(fā)明的方法進(jìn)行了說明和展示，普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識到這些步驟的順序總體而言對本發(fā)明不是實(shí)質(zhì)性的。

盡管已經(jīng)在此參照某些示例性實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是普通技術(shù)人員將會(huì)理解到，這些實(shí)施方案是用于展示而并非限制本發(fā)明，本發(fā)明的全部范圍是由所附的權(quán)利要求確定的。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛流體箱(100)的加熱系統(tǒng)，所述加熱系統(tǒng)包括至少一個(gè)電阻元件 (110)以及一個(gè)控制單元(120)，該控制單元被適配為引導(dǎo)一個(gè)電流穿過所述至少一個(gè)電阻元件(110)，其特征在于，所述控制單元(120)被適配為根據(jù)一種脈寬調(diào)制方案改變所述電流。
2.如權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其中，該脈寬調(diào)制方案被施用為使得可以獲得至少兩個(gè)不同的加熱功率水平。
3.如權(quán)利要求1或2所述的加熱系統(tǒng)，其中該控制單元(120)被適配為確定所述電流的一個(gè)占空比，該占空比與供給電壓的平穩(wěn)測量值的平方成反比。
4.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加熱系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)操作性地連接到所述控制單元(120)上的溫度傳感器(141，142)，其中所述控制單元(120)被適配為響應(yīng)于從所述溫度傳感器(141，142)接收的一個(gè)溫度讀數(shù)來修改所述電流的占空比。
5.如權(quán)利要求4所述的加熱系統(tǒng)，其中所述溫度傳感器(142)被置于所述控制單元 (120)之內(nèi)或者其附近。
6.如權(quán)利要求4所述的加熱系統(tǒng)，其中所述溫度傳感器(141)被置于所述電阻元件 (110)附近。
7.一種機(jī)動(dòng)車輛，包括配備有以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加熱系統(tǒng)的一個(gè)流體箱。
8.如權(quán)利要求7所述的機(jī)動(dòng)車輛，其中所述流體箱(100)是用于儲(chǔ)存一種有待用在選擇性催化還原反應(yīng)中的添加劑的一個(gè)箱。
9.一種用于加熱車輛流體箱(100)的方法，該車輛流體箱具有至少一個(gè)電阻元件 (110)，該至少一個(gè)電阻元件在一個(gè)控制單元(120)的控制下從一個(gè)電源接收一個(gè)電流，其特征在于，所述方法包括根據(jù)一種脈寬調(diào)制方案改變所述電流。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述脈寬調(diào)制方案被施用的方式為使得可以獲得至少兩個(gè)不同的加熱功率水平。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，進(jìn)一步包括測量所述電源的電壓、使所述測量的供給電壓平穩(wěn)、并且針對所述脈寬調(diào)制來確定一個(gè)占空比，該占空比與所述平穩(wěn)的、測得的供給電壓的平方成反比。
12.如權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括測量一個(gè)溫度、并且響應(yīng)于所述溫度來修改所述電流的占空比。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述溫度是在所述控制單元(120)內(nèi)或者其附近測量的。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述溫度是在所述電阻元件(110)附近測量的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種車輛流體箱的加熱器、包括其的機(jī)動(dòng)車輛、及用于加熱車輛流體箱的方法。具體地，提供了用于車輛流體箱(100)的加熱系統(tǒng)，所述加熱系統(tǒng)包括至少一個(gè)電阻元件(110)以及一個(gè)控制單元(120)，該控制單元被適配為引導(dǎo)電流穿過所述至少一個(gè)電阻元件(110)，其中所述控制單元(120)被適配為根據(jù)一種脈寬調(diào)制方案改變所述電流。
文檔編號H05B1/00GK102215607SQ20111008542
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者伊格納西奧·加西亞-洛倫扎納, 勞倫特·埃托爾, 博洛迪亞·奈德諾夫, 弗朗索瓦-雷吉斯·拉韋尼耶, 弗洛朗·巴齊克, 紀(jì)堯姆·澤勒 申請人:因勒紀(jì)汽車系統(tǒng)研究公司