CN103597907A - 加热器控制装置及方法以及程序 - Google Patents

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Abstract

细致且精度良好地控制输出电力值。一种加热器控制装置，适用于至少具备两个具有PTC元件的PTC加热器的加热器单元，所述加热器控制装置中设有：切换部，与各所述PTC加热器相对应地设置，通过接通断开来切换所述PTC元件的通电状态与非通电状态；模式信息（22），相对于对所述加热器单元的要求电力值，规定了各所述PTC元件的通电状态与非通电状态的状态组合模式；及比例控制部（20），在对于所述加热器单元的要求电力为在所述模式信息中规定的所述要求电力值的中间值的情况下，基于一定周期内的平均电力与所述要求电力一致时的接通断开时间的比例，对所述PTC元件的通电状态与非通电状态的比例进行控制。

Description

加热器控制装置及方法以及程序
技术领域
本发明涉及一种例如适用于车载用PTC（Positive TemperatureCoefficient：正温度系数）加热器的加热器控制装置及方法以及程序。
背景技术
例如，作为电加热器的一方式的PTC加热器为通过使直流电源向作为具有正温度特性的电阻元件的PTC元件通电而获得发热的结构。PTC加热器因存在随着温度上升而电阻值急剧地上升的时刻，能够通过单纯的直流电源的通电而保持一定的温度，因此由于能够使控制结构简单化等理由而广泛使用（例如，专利文献1）。以往，设置组合信息，基于组合信息对各开关元件的接通断开进行控制，从而以满足要求电力的方式驱动PTC加热器，其中，所述组合信息是将与PTC加热器对应的多个开关元件的接通断开的组合和根据该组合而供给的输出电力建立对应的组合信息。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-283790号公报
发明内容
然而，在以往的方法中，选定由开关元件的接通断开规定的输出值的组合模式中的供给与要求电力最接近的输出电力量的组合模式而进行通电，因此只能阶段性地供给输出电力，另外，无法输出在组合模式中规定的中间值，而存在无法进行细致的控制的问题。
本发明鉴于这种情况而完成，其目的在于提供一种能够细致地控制输出电力值的加热器控制装置及方法以及程序。
本发明提供一种加热器控制装置，适用于至少具备两个具有PTC元件的PTC加热器的加热器单元，所述加热器控制装置具备：切换单元，与各所述PTC加热器相对应地设置，通过接通断开来切换所述PTC元件的通电状态与非通电状态；模式信息，将各所述PTC元件的通电状态与非通电状态的状态组合模式和根据该状态组合模式而供给的输出电力值建立对应；及比例控制单元，在对于所述加热器单元的要求电力为在所述模式信息中规定的所述输出电力值的中间值的情况下，基于一定周期内的平均电力与所述要求电力一致时的接通断开时间的比例，对所述PTC元件的通电状态与非通电状态的比例进行控制。
根据这种结构，基于规定了各PTC加热器的通电与非通电的状态组合模式和根据状态组合模式而供给的输出电力值的模式信息，控制与各PTC加热器相对应地设置的切换单元的接通断开，从而切换PTC元件的通电与非通电，并输出满足要求电力的电力。另外，在要求电力为在模式信息中规定的输出电力值的中间值的情况下，仅在一定周期中的要求电力与一定周期内的平均电力一致的时间将PTC元件控制为通电状态。
如此，不仅是在模式信息中规定的阶段性的输出电力值，即使要求电力是输出电力值的中间值，通过控制接通断开时间的比例，也能够细致地控制从加热器单元输出的电力值。
上述加热器控制装置的所述比例控制单元优选将如下所述的周期作为所述切换单元的切换周期：所述周期比因所述切换单元的通电与非通电的切换而产生的开关损失为允许损失以下的周期大，且比包含所述PTC加热器的水温相对于目标温度为规定温度差以下的条件的由所述加热器单元整体的热容量决定的周期小。
周期越短，控制性能越好，但因存在于PTC元件内的电容成分而产生浪涌电流，因该浪涌电流而使开关损失增大，因此不能极端地缩短周期。另外，在周期过长的情况下，应控制的水温相对于目标温度上下波动的温度差变大，因此考虑进行控制的***的热容量，而不能极端地增长周期。本发明为了应对这些问题，将开关周期设为比成为开关损失以下的周期大且比包含PTC加热器的水温相对于目标温度为规定温度差以下的条件的由加热器单元整体的热容量决定的周期小，因此能够使加热器单元的效率提高。
上述加热器控制装置也可以在规定时刻，基于当前的电流值与当前的电压值算出实际电力，将要求电力与实际电力的差值加上当前的所述要求电力而得到的值作为下次的所述要求电力。
如此，通过反馈控制对通电电力相对于要求电力的误差值进行校正，从而能够使对于要求电力的输出精度提高。
上述加热器控制装置也可以在一定期间内的电力的积分值超过在所述一定期间内基于所述要求电力算出的要求热量的情况下，停止所述一定期间的电力输出。
由此，能够没有反馈控制地使对于要求电力的输出精度提高。
在上述加热器控制装置中，优选具备选定单元，所述选定单元从多个所述PTC元件中的消耗电力大的所述PTC元件开始依次选定为成为通电状态的所述PTC元件。
越是消耗电力大的PTC加热器，越是产生大的冲击电流，因此通过从消耗电力大的PTC加热器开始依次设为通电状态，能够防止例如在依次进行通电的期间在最后大幅度地超过最大允许电流值等状况，并减小电流值相对于目标值的上下变动（波动）。
本发明提供一种加热器控制方法，适用于至少具备两个具有PTC元件的PTC加热器的加热器单元，所述加热器控制方法包括：切换过程，通过接通断开，对于各所述PTC加热器分别切换所述PTC元件的通电状态与非通电状态；及比例控制过程，在对于所述加热器单元的要求电力为在模式信息中规定的所述输出电力值的中间值的情况下，基于一定周期内的平均电力与所述要求电力一致时的接通断开时间的比例，对所述PTC元件的通电状态与非通电状态的比例进行控制，其中，所述模式信息是将各所述PTC元件的通电状态与非通电状态的状态组合模式和根据该状态组合模式而供给的输出电力值建立对应的模式信息。
本发明提供一种加热器控制程序，适用于至少具备两个具有PTC元件的PTC加热器的加热器单元，所述加热器控制程序由计算机执行如下处理：切换处理，通过接通断开，对于各所述PTC加热器分别切换所述PTC元件的通电状态与非通电状态；及比例控制处理，在对于所述加热器单元的要求电力为在模式信息中规定的所述输出电力值的中间值的情况下，基于一定周期内的平均电力与所述要求电力一致时的接通断开时间的比例，对所述PTC元件的通电状态与非通电状态的比例进行控制，其中，所述模式信息是将各所述PTC元件的通电状态与非通电状态的状态组合模式和根据该状态组合模式而供给的输出电力值建立对应的模式信息。
发明效果
本发明起到能够细致地且精度良好地控制输出电力值的效果。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的加热器控制装置的简要结构图。
图2是将本发明的第一实施方式的比例调整部所具备的功能展开表示的功能框图。
图3是表示PTC加热器的接通断开状态与输出电力之间的关系的一例。
图4是表示通过比例控制部对PTC加热器的通电时间进行控制的一例。
图5是本发明的第一实施方式的加热器控制装置的动作流程图。
图6是用于说明本发明的第一实施方式的变形例的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的加热器控制装置及方法以及程序的实施方式进行说明。
〔第一实施方式〕
在本实施方式中，假设具备三个具有PTC元件的PTC加热器的加热器单元为车载用PTC加热器的情况，并以本实施方式的加热器控制装置适用于车载用PTC加热器的情况进行说明，但并不限定于此。
图1是适用于车载用PTC加热器1的加热器控制装置10的简要结构图。
在本实施方式中，车载用PTC加热器1具备三个PTC加热器2a、2b、2c，在各PTC加热器2a、2b、2c中分别设置有PTC元件3a、3b、3c。
以下，在没有特别地清楚记载的情况下，PTC加热器记述为PTC加热器2，PTC元件记述为PTC元件3。此外，在本实施方式中，以设置在车载用PTC加热器1的PTC加热器为三个的情况进行说明，但PTC加热器的数量并没有特别地限定。另外，在本实施方式中，以PTC加热器2a、2b、2c的消耗电力的大小分别为2.0kW、1.0kW、2.0kW的情况进行说明，但PTC加热器的消耗电力的大小并没有特别地限定，所有的PTC加热器也可以为分别不同的消耗电力。
如图1所示，PTC加热器2的上游侧经由加热器控制装置10而与作为直流电源装置的正极侧的端子A连接，下游侧经由加热器控制装置10而与作为直流电源装置的负极侧的端子B连接。
加热器控制装置10具备比例调整部11、开关元件（切换单元）12a、12b、12c、电流检测部13、及电压检测部14。在以下没有特别地清楚记载的情况下，开关元件记述为开关元件12。
开关元件12a、12b、12c分别与PTC加热器2a、2b、2c建立对应地设置。另外，开关元件12与比例调整部11连接，并基于从比例调整部11输出的控制信息，控制用于切换PTC加热器2a、2b、2c的通电与非通电的接通断开。
电流检测部13对所设置的路径上的电流值进行计测，并将计测到的电流值的信息输出至比例调整部11。
电压检测部14设置在直流电源装置的正极侧，对加热器单元1的电压值进行计测，并将计测到的电压值的信息输出至比例调整部11。
图2是将比例调整部11所具备的功能展开而表示的功能框图。如图2所示，比例调整部11具备比例控制部（比例控制单元）20、选定部（选定单元）21、及模式信息22。
在对于车载用PTC加热器（加热器单元）1的要求电力为在模式信息22中规定的输出电力值的中间值的情况下，比例控制部20基于一定周期内的平均电力与要求电力一致时的接通断开时间的比例，对PTC元件3的通电状态与非通电状态的比例进行控制。
另外，比例控制部20将比因开关元件12的通电与非通电的切换而产生的开关损失为允许损失以下的周期大、且比包含PTC加热器2的水温相对于目标温度为规定温度差以下的条件的由车载用PTC加热器整体的热容量决定的周期小的周期作为开关元件12的切换周期，并基于该切换周期来控制开关元件。
另外，在对于车载用PTC加热器1的要求电力为在模式信息22中规定的输出电力值的情况下，比例控制部20基于与模式信息22的输出电力值对应的PTC加热器2的接通断开的状态组合模式（详细在后面进行叙述），对PTC元件3的通电状态与非通电状态进行控制。
在将多个PTC加热器2设为通电状态的情况下，选定部21从多个PTC元件3中的消耗电力大的PTC元件3开始依次选定设为通电状态的PTC元件3。这是因为越是消耗电力大的PTC加热器，越是产生大的冲击电流，因此通过从消耗电力大的PTC加热器开始依次设为通电状态，能够防止例如在依次进行通电期间在最后大幅度地超过最大允许电流值等状况，并减小电流值的上下变动（波动）。
模式信息22将各PTC元件3的通电状态与非通电状态的状态组合模式和根据状态组合模式而供给的输出电力值建立对应。具体而言，如图3所示，将PTC加热器2a、2b、2c的各自的接通断开的状态组合模式和与状态组合模式对应的输出电力的信息建立对应。在图3中，用黑色圆圈（●）表示PTC加热器2的接通状态，用白色圆圈（○）表示断开状态，例如表示，设PTC加热器2b为接通状态，设PTC加热器2a及2c为断开状态（模式1），从而能够供给1.0kW的输出电力的情况。另外，为了方便说明，模式编号为分配给状态组合模式的连续编号。
在此，例如，对要求电力为0.5〔kW〕的情况下的比例控制部20的控制方法进行说明。基于图3，电力0.5〔kW〕是全部为断开状态的模式0（0〔kW〕）和设PTC加热器2b为接通状态且设PTC加热器2a、2c为断开状态的模式1（1〔kW〕）的中间值的电力。另外，由于设模式1为100%接通状态时输出1〔kW〕的电力，因此若设周期T的50%为接通状态，则能够输出0.5〔kW〕的电力。即，例如，在PTC加热器2b的周期T为20〔sec：秒〕的情况下，设为接通状态的时间Ton=10〔sec〕，设为断开状态的时间Toff=10〔sec〕（参照图4）。
如此，在要求电力为在模式信息22中建立了对应的输出电力值的中间值的情况下，比例控制部20选定能够供给超过要求电力的电力的状态组合模式，并且对选定了的模式的接通断开时间的比例进行控制，对PTC元件3的通电状态与非通电状态的比例进行调整以使一定周期内的平均电力与要求电力一致。
接着，使用图1～图5，说明上述的加热器控制装置10中的控制方法。
加热器控制装置10将已取得的要求电力值（例如，2.5kW）的信息作为时刻T（0）的目标电力值（步骤SA1）。在比例调整部20中，基于模式信息22，决定能够输出目标电力值的电力的PTC加热器2的接通断开状态的状态组合模式（步骤SA2）。基于决定了的状态组合模式，控制开关元件12的接通断开状态，而控制PTC元件3的通电与非通电（步骤SA3）。
在目标电力值为在模式信息22中表示的输出电力值的情况下，基于与输出电压值建立对应的接通断开的状态组合模式，控制PTC加热器2的接通断开。或者，在为在模式信息22中表示的输出电压值的中间值的情况下，选定能够输出超过目标电力的电力的模式中的能够供给与目标电力最接近的电力值的模式，并且调整已选定的模式的设为接通状态的PTC加热器2的接通时间和断开时间的比例，从而进行控制。
例如，为了输出2.5kW的要求电力值，选定能够供给2.5kW并且能够输出与2.5kW最接近的电力值（3kW）的状态组合模式即模式3。即，基于图3，选定设PTC加热器2a、2b为接通状态、设PTC加热器2c为断开状态的组合模式。另外，由于从电力大的PTC加热器2开始依次设为接通状态，因此设PTC加热器2a在1周期T的100%的期间为接通状态后，设PTC加热器2b为接通状态。此时，PTC加热器2b由于在设1周期T的100%的期间为接通状态时输出1〔kW〕，因此将比例调整为设为接通状态的时间Ton=50%，为了输出1〔kW〕的50%而控制PTC加热器2b。由此，由PTC加热器2a输出2kW，以及由PTC加热器2b输出0.5kW，因此能够输出总计2.5kW的电力。
由电流检测部13来计测电流值，并且由电压检测部14来计测电压值，电流值及电压值的信息分别输出至加热器控制装置10（步骤SA4）。基于已取得的电流值及电压值的信息，算出实际电力（步骤SA5）。将在已算出的实际电力与当前时刻T（n）的要求电力值的差值上乘以系数K（K为0到1）并再加上当前时刻T（n）的目标电力值而得到的值作为下一时刻T（n+1）的目标电力值（步骤SA6）。算出下一时刻T（n+1）的目标电力值后，返回步骤SA2，并反复进行处理。
在上述的实施方式的加热器控制装置10中，也可以为另行使用软件来处理上述处理的全部或一部分的结构。在这种情况下，加热器控制装置10具备CPU、RAM等主存储装置、以及记录有用于实现上述处理的全部或一部分的程序的计算机可读取的记录介质。而且，CPU读出记录于上述存储介质的程序，并执行信息的加工/运算处理，从而实现与上述的加热器控制装置相同的处理。
在此，计算机可读取的记录介质是指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。另外，也可以通过通信线路将该计算机程序发送至计算机，由接收到该信息的计算机来执行该程序。
如以上说明，根据本实施方式的加热器控制装置10及方法以及程序，基于模式信息22，通过与各PTC加热器2对应地设置的开关元件12的接通断开，来切换PTC元件3的通电与非通电，从而输出满足要求电力的电力，所述模式信息22规定了各PTC加热器2的通电与非通电的状态组合模式和根据状态组合模式而供给的输出电力值。另外，在要求电力为在模式信息22中规定的输出电力值的中间值的情况下，基于一定周期内的平均电力与要求电力一致时的接通断开时间的比例，对PTC元件3的通电状态与非通电状态的比例进行控制，从而能够无级地控制从车载用PTC加热器1输出的电力值，因此能够进行细致的控制。此外，即使在包含由PTC元件3的偏差引起的通电电力的误差的情况下、在随着时间的经过元件自身因温度而电阻值发生变化、由于电流发生变化而输出电力的实现精度恶化的情况下，也能够通过反馈控制而施加校正，从而使输出精度提高并满足要求电力。
〔变形例〕
此外，在本实施方式中，加热器控制装置10通过反馈控制对因PTC元件3的偏差产生的通电电力的误差进行校正，以满足要求电力的方式进行控制，但用于满足要求电力的控制方法并不限定于此。例如，也可以对于要求电力，预先算出在一定期间（例如，T秒）内所需的热量Pc（单位为焦耳〔J〕），该一定期间内的电流值与电压值的积分值超过上述热量后，以停止该区间的输出的方式进行控制。具体而言，如图6所示，对基于由电流检测部13检测出的电流值I和由电压检测部14检测出的电压值V的乘积而算出的瞬时电力P进行时间积分，在达到预先算出的要求热量Pc×T的时点停止通电，控制在1周期中需要的总热量。如此，依次对电力进行积分，对于每个区间都将热量设为一定，从而能够没有上述的反馈控制地满足要求电力。
标号说明
2、2a、2b、2cPTC    加热器
3、3a、3b、3c    PTC元件
10    加热器控制装置
11     比例调整部
12、12a、12b、12c    开关元件
20    比例控制部
21     选定部
22     模式信息

Claims (7)

1.一种加热器控制装置，适用于至少具备两个具有PTC元件的PTC加热器的加热器单元，
所述加热器控制装置具备：
切换单元，与各所述PTC加热器相对应地设置，通过接通断开来切换所述PTC元件的通电状态与非通电状态；
模式信息，将各所述PTC元件的通电状态与非通电状态的状态组合模式和根据该状态组合模式而供给的输出电力值建立对应；及
比例控制单元，在对于所述加热器单元的要求电力为在所述模式信息中规定的所述输出电力值的中间值的情况下，基于一定周期内的平均电力与所述要求电力一致时的接通断开时间的比例，对所述PTC元件的通电状态与非通电状态的比例进行控制。
2.根据权利要求1所述的加热器控制装置，其中，
所述比例控制单元将如下所述的周期作为所述切换单元的切换周期：所述周期比因所述切换单元的通电与非通电的切换而产生的开关损失为允许损失以下的周期大，且比包含所述PTC加热器的水温相对于目标温度为规定温度差以下的条件的由所述加热器单元整体的热容量决定的周期小。
3.根据权利要求1或2所述的加热器控制装置，其中，
在规定时刻，基于当前的电流值与当前的电压值算出实际电力，将要求电力与实际电力的差值加上当前的所述要求电力而得到的值作为下次的所述要求电力。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的加热器控制装置，其中，
在一定期间内的电力的积分值超过在所述一定期间内基于所述要求电力算出的要求热量的情况下，停止所述一定期间的电力输出。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的加热器控制装置，其中，
具备选定单元，所述选定单元从多个所述PTC元件中的消耗电力大的所述PTC元件开始依次选定为成为通电状态的所述PTC元件。
6.一种加热器控制方法，适用于至少具备两个具有PTC元件的PTC加热器的加热器单元，
所述加热器控制方法包括：
切换过程，通过接通断开，对于各所述PTC加热器分别切换所述PTC元件的通电状态与非通电状态；及
比例控制过程，在对于所述加热器单元的要求电力为在模式信息中规定的所述输出电力值的中间值的情况下，基于一定周期内的平均电力与所述要求电力一致时的接通断开时间的比例，对所述PTC元件的通电状态与非通电状态的比例进行控制，其中，所述模式信息是将各所述PTC元件的通电状态与非通电状态的状态组合模式和根据该状态组合模式而供给的输出电力值建立对应的模式信息。
7.一种加热器控制程序，适用于至少具备两个具有PTC元件的PTC加热器的加热器单元，
所述加热器控制程序由计算机执行如下处理：
切换处理，通过接通断开，对于各所述PTC加热器分别切换所述PTC元件的通电状态与非通电状态；及
比例控制处理，在对于所述加热器单元的要求电力为在模式信息中规定的所述输出电力值的中间值的情况下，基于一定周期内的平均电力与所述要求电力一致时的接通断开时间的比例，对所述PTC元件的通电状态与非通电状态的比例进行控制，其中，所述模式信息是将各所述PTC元件的通电状态与非通电状态的状态组合模式和根据该状态组合模式而供给的输出电力值建立对应的模式信息。
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