CN107110049B - 用于运输工具中的负载的功率控制装置 - Google Patents

Abstract

介绍了一种功率控制装置（10、103），该功率控制装置（10、103）被构造用于改变输出给负载（20、102）的电功率。所述功率控制装置具有控制单元（12）和温度检测单元（14、104）。所述控制单元（12）被构造用于：从预先给定功率单元（30、107）处得到预先给定功率并且探测所述功率控制装置（10、103）与所述预先给定功率单元（30、107）之间的连接的中断情况。所述温度检测单元（14、104）被构造用于检测所述功率控制装置（10、103）的温度。所述控制单元（12）被构造用于：在所述功率控制装置（10、103）与所述预先给定功率单元（30、107）之间的连接中断的情况下，根据由所述温度检测单元（14、104）所检测的温度来改变输出给所述负载（20、102）的电功率。由此即使与所述预先给定功率单元的连接被中断，也能够实现所述功率控制装置的自主运行。

Description

用于运输工具中的负载的功率控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于将电功率提供给负载的功率控制装置。所述功率控制装置例如可以是尤其运输工具（Fahrzeug）中的、用于运行调节器或者调节单元的电气的或者电子的功能模块。此外，本发明涉及一种用于调节由功率控制装置输出的电功率的方法。

背景技术

现代的机动车具有多种多样的电子模块用于运行极为不同的调节器。机动车中的这样的电子模块的一种实例是燃料泵的操控电子装置。在此涉及一种用于对泵进行转速调节的调节器，以便通过受调节的运行根据当前的燃料需求来节省能量。这些电子模块在不同的实施方式中可用。例如这些电子模块可以被构造用于操控带电刷的马达或者也操控无电刷的马达。所述电子的功率调节器根据功率等级和其它边界条件而具有从大约80到90%的典型的效率。

对现代的机动车中的电子装置的设计出于成本原因可以如此安排，从而在所定义的环境条件（尤其是温度）下刚好可以在没有电子模块的局部的过载的情况下实现所定义的运行或者运行范围。所述电子模块、也就是调节器的运行模式在此可以是在最大的载荷和最大的温度情况下的连续运行，但是它也可以是在特定的时间间隔范围内具有特定的载荷状态的分布图（Profil）。

对于所期望的简明的（knapp）、成本优化的设计来说，以较高的（ober）环境温度进行的运行在所述电子模块、也就是调节器的内部一直导致达到所允许的最大温度。对于电子模块的合适的设计和尺寸确定（Bemessung）来说，也不超过所允许的最大温度。

在正常运行中，所述电子模块与所述马达控制机构的通信例如通过总线信号、例如CAN来进行或者通过简单的PWM接口来进行。所述马达控制机构在正常运行中典型地得到关于所述调节器的状态的反馈，并且可以对干扰消息或者状态消息作出反应并且可以以合适的方式进行干预，以便例如在其它运行范围内操控所述调节器。

自主地切断或者也降低***功率一般来说不允许通过电子模块、例如燃料泵电子装置来进行，而是应该仅仅根据所述马达控制机构的相应的预先规定来进行。

发明内容

可以被视为本发明的任务的是，尤其在与预先给定功率单元（Leistungsvorgabeeinheit）的连接被中断并且电子模块在自主的运行中工作时，改进运输工具中的电子模块的工作方式。

按照本发明的一个方面，介绍了一种功率控制装置，该功率控制装置被构造用于改变输出给负载的电功率。所述功率控制装置具有控制单元和温度检测单元。所述控制单元被构造用于：从预先给定功率单元处得到预先给定功率（Leistungsvorgabe）并且探测所述功率控制装置与所述预先给定功率单元之间的连接的中断情况。所述温度检测单元被构造用于检测所述功率控制装置的温度。所述控制单元进一步被构造用于：在所述功率控制装置与所述预先给定功率单元之间的连接中断的情况下根据由所述温度检测单元检测的温度来改变输出给所述负载的电功率。

由此，在所述功率控制装置与预先给定功率单元之间的连接中断时尤其能够实现所述功率控制装置的自主的运行。这样的自主的运行也可以被称为紧急运行（Notbetrieb）。

在运输工具中，各个模块的功能一般来说需要协调。因此例如可能需要的是，通过功率控制装置来控制功能单元的功率输出。但是，在此也可能需要的是，所述功率控制装置从中央的预先给定功率单元处得到应如何操控相应的功能单元的预先规定。所述中央的预先给定功率单元可以具有（inne haben）协调任务。例如，在此可以涉及马达控制机构并且所述功率控制装置可以被构造用于操控燃料泵（泵控制机构），以便使由所述燃料泵提供的、燃料的体积流量与所述马达的当前需求相匹配。如果现在所述马达控制机构与所述泵控制机构之间的连接被中断，则所述泵控制机构刚好不再能从中央位置（zentraleStelle）得到关于所需要的燃料量的预先规定。

在运输工具中可能要求：即使在所述通信中断时（例如由于电缆故障而引起），例如燃料泵的调节器也能够在紧急运行中（所谓的跛行回家（Limp Home）运行模式）维持所述燃料泵的功能，以便所述运输工具没有停住。此外，可能要求：所述紧急运行不应该导致行驶功率的降低，并且所述故障如有可能在所述运输工具在车间内进行下一次例行保养（Wartungsaufenthalt）时才必须予以消除。这些要求引起以下结果：所谓的紧急运行是一种状态，该状态可能会持续较长的时间，并且对于该状态来说例如所述燃料泵必要时以较高的或者甚至最大的功率来运行。由内燃机取用的燃料量根据行驶状态而剧烈地波动。这可能导致以下结果：在空转情况或者部分载荷情况中、也就是在运输工具运行的过程中在绝大部分时间期间输送明显太多的燃料，因为要以以前定义的较高的或者最大的工作点来运行所述泵。由此，所述液压***中的压力升高，直至燃料箱中的机械的限压阀打开并且过剩的燃料量重又被吹到所述燃料箱中。

所述燃料泵例如可以如此构成，使得其具有一种功率消耗，该功率消耗在转速恒定时直接取决于压力。因此，以最大的泵转速和较高的压力进行的紧急运行可能导致以下结果：所述功率消耗比在以这种转速进行的正常运行中高。相应地，所述电子的调节器中的损耗也增加。但是，所述调节器能够尤其不被设计用于在所有的环境温度下以这种提高了的损耗功率来运行，因而在该运行点的情况下可能在所述功率控制装置上出现损坏。所述功率控制装置的这样的设计原则上是可行的，但是出于效率原因没有得以实施，因为该运行点一般仅仅非常实际地被要求。

因为在紧急运行中存在变化的边界条件并且以最小的成本致力于最大的***可用性，所以在这方面所描述的功率控制装置规定：在特定的条件下尤其在考虑到所述功率控制装置的温度的情况下允许所提供的功率的自主的逐渐的或者分级的降低。

在这方面所描述的功率控制装置能够实现负载的最大的可用性，而没有持续地在最高载荷上运行所述负载。针对所输出的功率的大小考虑所述功率控制装置和/或负载的温度，并且即使由于与所述预先给定功率单元的连接中断而取消所述预先给定功率，也对所述功率进行调整。

按照本发明的一种实施方式，所述控制单元被构造用于：在达到预先给定的温度阈值时降低输出给所述负载的电功率。

由此在紧急运行中不需要麻烦地控制所述负载，因为通过所述功率控制装置根据所述功率控制装置的温度来输出最大的功率。虽然负载载荷可能因为与所述预先给定功率单元的连接被中断而未加以考虑，但是要求最大可能的燃料量，而在此没有使所述泵控制机构或者功率控制装置过载。

“温度阈值的达到”可以是指温度接近预先给定的温度值。尤其由于加热、也就是从较低的温度朝较高的温度阈值的方向而接近所述预先给定的温度值。如果达到这个温度阈值，那就降低由所述功率控制装置输出的电功率，以便如此给予所述功率控制装置一种可行方案来进行冷却并且将损坏的危险降低到最低限度。

按照本发明的另一种实施方式，所述预先给定的温度阈值是可变的。

这能够在紧急运行中使所述功率控制装置的运行特性与外部的边界条件相匹配。

按照本发明的另一种实施方式，为获取所输出的电功率而考虑所述功率控制装置的热时间常数。

所述热时间常数可以是基于所述功率控制装置和环境之间的热热流及容量的参数。这两个参量可以一起来描绘所述功率控制装置的冷却特性。

换句话说，由此可能能够如此改变由所述功率控制装置输出的电功率，从而考虑到所述功率控制装置的冷却特性。在此，尤其也可以考虑所述功率控制装置的环境温度。

按照本发明的另一种实施方式，所述控制单元被构造用于在达到最大允许的温度极限值时切断所述功率控制装置。

所述温度极限值尤其是这样一种温度值，在该温度值的情况下即将发生所述功率控制装置的损坏。所述功率控制装置的自主的切断由此仅仅在紧急运行中、也就是在与所述预先给定功率单元的连接被中断时进行。

按照本发明的另一个方面，介绍了一种流体泵组件（Fluidpumpenanordnung）。所述流体泵组件具有流体泵和如上面和下面所描述的那样的功率控制装置。所述功率控制装置如此与所述流体泵相耦联，使得其可以将电功率输出给所述流体泵。所述流体泵被构造用于根据向其输出的电功率来改变流体输送量。

按照本发明的另一种实施方式，所述流体泵组件是用于运输工具的燃料泵。

即使在紧急运行中，所述流体泵组件也在所述燃料管路中提供最大的体积流量，而在此没有使所述功率控制装置过载，因为针对所述燃料泵的转速的预先规定而考虑了所述功率控制装置的温度。这可以提高所述功率控制装置的使用寿命并且降低故障和损坏的出现的可能性。

所述运输工具例如是机动车、如汽车、公共汽车或者载货车，但是或者也是轨道车辆、船舶、飞行器、例如直升机或者飞机，或者例如是机动化的二轮车。所述运输工具具有内燃机，该内燃机由燃料输送泵和燃料管路来供给燃料。

按照本发明的另一个方面，介绍了一种运输工具，其具有如上面和下面所描述的那样的流体泵组件。所述运输工具此外具有用于容纳燃烧燃料的流体容器和内燃机，所述内燃机的运行特性能够由内燃机控制机构来控制。所述流体泵被布置用于将来自所述流体容器的燃烧燃料提供给所述内燃机。所述内燃机控制机构被构造用于将所述流体泵的预先给定功率传输给所述功率控制装置。

所述内燃机控制机构或者马达控制机构是所述预先给定功率单元，所述预先给定功率单元操控所述功率控制装置，以便向所述流体泵供给电功率并且就这样能够影响所输送的燃料量。

按照本发明的一种实施方式，所述内燃机控制机构被构造用于定期地（regelmäßig）将信号发送给所述功率控制装置和从该功率控制装置处获得返回信号，从而所述内燃机控制机构能够识别与所述功率控制装置的连接的中断。

“发送给所述功率控制装置的定期的信号”可以是一种控制信号，该控制信号的消失表明所述连接（无论这是机械连接还是电连接）的中断。所述功率控制装置可以探测到所述连接的中断，如果它不再收到所述控制信号的话，并且所述内燃机控制机构探测到所述连接的中断，如果没有收到所述返回信号的话。

所述控制信号可以是周期性的信号，该周期性的信号以预先给定的保持相同的或者变化的时间间隔来发送。例如这可以是几秒钟、一秒钟、两秒钟或者数秒钟或者是几分钟、例如一分钟、两分钟或者数分钟，在经过所述时间间隔之后要重新发送所述控制信号。

按照本发明的另一种实施方式，所述内燃机控制机构被构造用于：在与所述功率控制装置的连接中断时获取所述功率控制装置的功率特性（Leistungsverhalten）。

所述内燃机控制机构能够尤其在考虑到所述运输工具的环境温度以及对于所述内燃机控制机构来说已知的热特性的情况下例如通过从组合特性曲线（Kennlinienfeld）中读取的方式来预测所述功率控制装置的特性，所述组合特性曲线尤其包含所述运输工具的环境温度和由所述功率控制装置输出的电功率。由此所述内燃机控制机构可以控制所述马达，而在此不具有与所述功率控制装置的连接并且不能对其产生影响，因为所述内燃机控制机构可以事先确定所述功率控制装置的特性。例如为此所述内燃机控制机构也可以获取所述功率控制装置的温度。

按照本发明的另一个方面，介绍了一种用于调节由功率控制装置输出的电功率的方法。所述方法具有以下步骤：对与预先给定功率单元的连接的状态进行监控；在所述功率控制装置的连接已被中断时在紧急运行中运行所述功率控制装置。在所述紧急运行中，执行以下步骤：获取所述功率控制装置的温度；根据所述功率控制装置的温度对由所述功率控制装置输出的电功率进行调整。

所述方法与所述功率控制装置的工作方式相类似地执行并且由此与此相关的上述解释按照意义同样适用于这种方法。

按照本发明的一种实施方式，在所述功率控制装置的温度达到预先给定的极限值时降低由所述功率控制装置输出的电功率。

在这方面所描述的主题换句话说可以以如下方式来描述。

因为在所述紧急运行中存在变化的边界条件并且以最小的成本致力于最大的***可用性，所以在这方面所描述的功率控制装置规定：在特定的条件下、尤其在考虑到所述功率控制装置的温度的情况下允许所提供的功率的自主的逐渐的或者分级的降低。

第一条件是与所述马达控制器的通信的中断。一般来说，只有在存在这种情况时，才能谈及紧急运行。第二条件在于达到较高的仪器内部的温度，所述仪器内部的温度还可以在所述仪器的绝对的温度极限以下。如果出现这种情况，所述调节器可以缓慢地降低所述泵的转速。降低速率可以根据所述调节器的热时间常数来选择。也可以调节到这个温度极限。因为所述马达控制机构（ECU）对与这样的***的通信线路进行监控，所以它被通告所述状态“紧急运行”。因为所述ECU也识别机动车的环境温度，所以也可以通过合适的热建模在考虑到行驶状态的情况下来预测所述调节器的相应特性。由此，所述调节器的自主干预就仅仅导致对所述内燃机的特性的最小的限制。这些措施引起以下结果：即使在以较小的温度进行的紧急运行中也提供燃料的完全的输送量。仅仅在运行的比较少见的情况中，在环境温度剧烈升高时，所输送的燃料量才缓慢地减小。在正常运行中，较高的环境温度没有引起在标称压力下运行功率的降低。因此，输送扰动（Fördereinbruch）在紧急运行中典型地仅仅相应地与通过提高的运行压力而提高的消耗功率（Aufnahmeleistung）成比例。由于超过特定的极限温度而完全切断，这在紧急运行的运行状态中同样可以是允许的，以防止由于未预料的事件而引起的灾难性的故障。所描述的特性不局限于燃料泵，而是能够运用到机动车中的多种多样的、以电子的方式调节的调节器上。通过在所有运行条件下、包括紧急运行在内取消针对最大功率的***设计而节省了成本。

所述主题在一种实施方式中可以归纳如下：

将通信中断识别为用于从正常运行转换为紧急运行的条件，将紧急运行作为用于变化的***特性的条件，将紧急运行作为用于（um）用泵转速的自主变化进行热方面的自我保护的条件，紧急运行也通过对于通信线路的监控由所述马达控制机构来识别，以所述电子调节器的热极限来运行，通过调低（Abregelung）来对所述电子装置中的功率损失进行调整，调节到所述调节器的内部的温度极限，以与所述环境温度相对应的工作点来运行所述燃料泵，仅仅在所述紧急运行中自主地切断。

附图说明

下面参照附图对本发明的实施例进行描述。

图1示出了功率控制装置的示意图，该功率控制装置与预先给定功率单元和负载相耦联；

图2示出了流体泵组件的示意图；

图3示出了用于对由功率控制装置输出的功率进行调节的方法的步骤的示意图；

图4示出了运输工具的示意图。

具体实施方式

附图的图示是示意性的且并非按正确比例绘制。如果使用相同的附图标记，则这些附图标记涉及相同的或者类似的元件。

图1示出了一种功率控制装置10，该功率控制装置10与预先给定功率单元30和负载20相偶联。所述预先给定功率单元30被构造用于将控制信号传输给所述功率控制装置10，以便由此预先给定所述功率控制装置10的工作方式和运行点、尤其是输送给所述负载20的功率。所述功率控制装置10通过连接件与所述负载相偶联，所述连接件被构造用于传输用于运行所述负载的电能。

所述功率控制装置10具有控制单元12和温度检测单元14、例如温度传感器。

所述功率控制装置10的控制单元12被构造用于：对与所述预先给定功率单元的连接的状态进行监控，并且在这种连接中断时，如上面所描述的那样，也就是尤其在考虑到所述功率控制装置10的、借助于温度检测单元14检测到的温度的情况下对输出给所述负载30的能量进行控制。

图2示出了一种具有功率控制装置的流体泵组件100。在图2的具体的实施例中，所述功率控制装置是燃料泵控制装置或者燃料泵调节器103。所述温度检测单元被构造为温度传感器104。所述负载是形式为燃料泵106的流体泵，所述流体泵布置在流体容器101内或上、例如运输工具的燃料容器内或上。所述预先给定功率单元是马达控制机构107。

所述燃料泵102将燃料从所述燃料容器101经由燃料管路132输送给第二燃料泵106，该第二燃料泵106向所述燃料加载更高的压力并且通过所述燃料管路134将所述燃料提供给马达108。

所述马达控制机构107根据所述马达的运行点通过信号连接120来控制所述马达108并且通过信号连接122来控制所述燃料泵调节器103。所述燃料泵调节器103通过电连接124来将所要求的功率输出给所述燃料泵102，以改变所输送的燃料的量。

图2示出了一种流体泵组件100，该流体泵组件100尤其是机动车的流体输送***的一部分、例如用于所述机动车的燃烧马达用的柴油或者汽油的燃料输送***的一部分。所述流体泵组件100具有燃料箱101，以用于储存燃料。设置了流体泵102。该流体泵102在实施例中是燃料泵。所述燃料泵102被设置用于：从所述燃料箱101输送燃料。尤其所述燃料泵102是所谓的预输送泵，该预输送泵可以在所述燃料泵102的输出侧105处提供直至8bar的压力。所述燃料泵102将所述燃料例如输送给另一台泵106，该泵106向所述燃料加载更高的压力，例如对于汽油来说加载直至500bar的压力并且对于柴油来说加载直至3000bar的压力。所述燃料泵102与装置103电连接。所述装置103被设置用于控制或者调节所述燃料泵102。尤其所述燃料泵102是转速调节的（drehzahlgeregelt）泵。所述装置103例如是泵控制器的一部分。所述燃料泵102由此局部地被调节并且由此能够免除所述马达控制机构的限压功能。所述装置103可以是所述马达控制机构的一部分或者作为单独的电子调节器例如通过CAN总线与所述马达控制机构107相连接或者被分配到多个控制器上。所述装置103具有温度传感器104用于获取环境温度以及所述装置103的温度。例如所述温度传感器104被设置在所述装置103的印刷电路板上。由此可以容易地并且在没有由于额外的传感器引起的额外成本的情况下来对所述温度进行评估。

图3示出了一种用于对由功率控制装置10、103输出的电功率进行调节的方法的步骤的流程图。所述方法具有以下步骤：

对与预先给定功率单元30、107的连接的状态进行监控S1。在所述功率控制装置的连接已被中断时在紧急运行中运行S2所述功率控制装置。在所述紧急运行中，获取S3所述功率控制装置的温度并且根据所述功率控制装置的温度来调整S4由所述功率控制装置输出的电功率。

图4示出了一种具有如在图2中所描述的那样的流体泵组件100的运输工具1。所述流体泵组件100的元件在所述运输工具中的实际布置可以变化，并且因此在图4中仅仅示意性地予以示出。

Claims (12)

1.功率控制装置（10、103），该功率控制装置（10、103）被构造用于改变输出给负载（20、102）的电功率，所述功率控制装置（10、103）具有：

-控制单元（12）；

-温度检测单元（14、104）；

其中所述控制单元（12）被构造用于从预先给定功率单元（30、107）处得到预先给定功率；

其中所述控制单元（12）被构造用于探测所述功率控制装置（10、103）与所述预先给定功率单元（30、107）之间的连接的中断情况；

其中所述温度检测单元（14、104）被构造用于检测所述功率控制装置（10、103）的温度；

其中所述控制单元（12）被构造用于：在所述功率控制装置（10、103）与所述预先给定功率单元（30、107）之间的连接中断的情况下根据由所述温度检测单元（14、104）所检测的温度来改变输出给所述负载（20、102）的电功率。

2.按照权利要求1所述的功率控制装置（10、103），

其中所述控制单元（12）被构造用于：在达到预先给定的温度阈值时降低输出给所述负载的电功率。

3.按照权利要求2所述的功率控制装置（10、103），

其中所述预先给定的温度阈值是可变的。

4.按照前述权利要求中任一项所述的功率控制装置（10、103），

其中所述功率控制装置的热时间常数被考虑用于获取所述输出的电功率。

5.按照权利要求1所述的功率控制装置（10、103），

其中所述控制单元（12）被构造用于：在达到最大允许的温度极限值时切断所述功率控制装置。

6. 流体泵组件（100），其具有：

-流体泵（102）；以及

-按照前述权利要求中任一项所述的功率控制装置（10、103）；

其中所述功率控制装置（10、103）与所述流体泵相耦联，使得其能够将电功率输出给所述流体泵（102）；

其中所述流体泵被构造用于：根据向其输出的电功率来改变流体输送量。

7.按照权利要求6所述的流体泵组件，

其中所述流体泵组件是用于运输工具的燃料泵。

8.具有按照权利要求6或7中任一项所述的流体泵组件的运输工具（1），其具有：

-用于容纳燃烧燃料的流体容器（101）；

-内燃机（108），其运行特性能够由内燃机控制机构（107）来控制；

其中所述流体泵（102）被布置用于将来自所述流体容器（101）的燃烧燃料提供给所述内燃机（108）；

其中所述内燃机控制机构（107）被构造用于将所述流体泵（102）的预先给定功率传输给所述功率控制装置（10、103）。

9.按照权利要求8所述的运输工具（1），

其中所述内燃机控制机构（107）被构造用于：定期地将信号发送给所述功率控制装置和从该功率控制装置处获得返回信号，从而所述内燃机控制机构能够识别与所述功率控制装置的连接的中断情况。

10.按照权利要求8所述的运输工具（1），

其中所述内燃机控制机构（107）被构造用于：在与所述功率控制装置的连接中断时获取所述功率控制装置的功率特性。

11.用于对由功率控制装置（10、103）输出的电功率进行调节的方法，其具有以下步骤：

-对与预先给定功率单元（30、107）的连接的状态进行监控；

-在所述功率控制装置的连接已被中断时在紧急运行中运行所述功率控制装置；

其中在所述紧急运行中执行以下步骤：

-获取所述功率控制装置的温度；

-根据所述功率控制装置的温度对由所述功率控制装置输出的电功率进行调整。

12.按照权利要求11所述的方法，

其中在所述功率控制装置的温度达到预先给定的极限值时，降低由所述功率控制装置输出的电功率。

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