特表 2022-535904 流体加熱システム用制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-10

(54)【発明の名称】流体加熱システム用制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05D 23/19 20060101AFI20220803BHJP

   H05B 3/00 20060101ALI20220803BHJP

【ＦＩ】

G05D23/19 Z

H05B3/00 365G

G05D23/19 J

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021572494

(86)(22)【出願日】2020-06-24

(85)【翻訳文提出日】2021-12-06

(86)【国際出願番号】 FR2020051101

(87)【国際公開番号】W WO2020260824

(87)【国際公開日】2020-12-30

(31)【優先権主張番号】1907080

(32)【優先日】2019-06-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】505113632

【氏名又は名称】ヴァレオ システム テルミク

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100137523

【弁理士】

【氏名又は名称】出口 智也

(72)【発明者】

【氏名】ジョナサン、フルニエ

(72)【発明者】

【氏名】レミ、カーリッチ

【テーマコード（参考）】

3K058

5H323

【Ｆターム（参考）】

3K058AA11

3K058AA14

3K058CA62

3K058CA63

3K058CB23

5H323AA06

5H323BB17

5H323CA04

5H323GG01

5H323KK07

5H323MM02

5H323NN02

5H323NN04

5H323QQ02

5H323SS02

5H323SS05

5H323TT10

(57)【要約】

本発明は制御装置に関し、この制御装置は、発熱体（１０１）への接続に適した第１電子スイッチ（２）および発熱体（１０１）への接続に適した第２電子スイッチ（３）と、第１電子スイッチ（２）と関連付けられた第１温度（Ｔ１）を測定するセンサおよびマイクロコントローラ（４）であって、マイクロコントローラ（４）は第１温度（Ｔ１）の測定値に応じて第１スイッチ（２）を開放または閉鎖するよう構成されている、センサおよびマイクロコントローラ（４）と、第２電子スイッチ（３）と関連付けられた第２温度（Ｔ２）を測定するセンサおよび論理制御モジュール（５）であって、論理制御モジュール（５）は測定された第２温度（Ｔ２）を閾値と比較するよう構成されているコンパレータ（６）を含んで比較結果に応じて第２スイッチ（３）を開放または閉鎖するよう構成されている、センサおよび論理制御モジュール（５）と、を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

自動車用の流体（Ｆ）、好ましくは液状流体を加熱するシステムであって前記流体（Ｆ）を加熱するよう構成されている少なくとも一つの発熱体（１０１）を含むシステムを制御する装置であって、
－前記発熱体（１０１）に接続可能な第１電子スイッチ（２）および前記発熱体（１０１）に接続可能な第２電子スイッチ（３）と、
－いずれも前記第１電子スイッチ（２）と関連付けられた第１温度（Ｔ１）を測定するセンサおよびマイクロコントローラ（４）であって、前記マイクロコントローラ（４）は前記第１温度（Ｔ１）の測定値に応じて前記第１スイッチ（２）を開放または閉鎖するよう構成されている、センサおよびマイクロコントローラ（４）と、
－いずれも前記第２電子スイッチ（３）と関連付けられた第２温度（Ｔ２）を測定するセンサおよび論理制御モジュール（５）であって、前記論理制御モジュール（５）は測定された前記第２温度（Ｔ２）を閾値と比較するよう構成されているコンパレータ（６）を含んで前記比較の結果に応じて前記第２スイッチ（３）を開放または閉鎖するよう構成されている、センサおよび論理制御モジュール（５）と、
を含む、制御装置（１）。

【請求項2】

前記モジュール（５）は、前記第２温度（Ｔ２）が閾値より高い場合に前記第２電子スイッチ（３）を開放するよう構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記マイクロコントローラ（４）と、測定された前記第２温度（Ｔ２）を前記マイクロコントローラ（４）へ伝達する、および／または前記第２電子スイッチ（３）を作動または停止させるよう構成されている前記論理制御モジュール（５）とを接続するデジタルカプラー（１３）を含む、請求項１または２に記載の装置。

【請求項4】

前記マイクロコントローラ（４）は、前記第１温度と前記第２温度の測定値の差分の絶対値が閾値より大きい場合に前記第１電子スイッチ（２）を開放するよう構成される、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記論理制御モジュール（５）は、前記第１温度（Ｔ１）を閾値と比較する別のコンパレータ（１５）を含み、前記第１温度（Ｔ１）が閾値より高い場合に前記第２電子スイッチ（３）を開放するよう構成される、請求項１～４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項6】

前記論理制御モジュール（５）は、前記第１温度（Ｔ１）と前記第２温度（Ｔ２）の安定性を確認する手段（１６）を含み、前記第１温度が前記第２温度と異なる場合に前記第２電子スイッチ（３）を開放するよう構成される、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

スイッチング電源（１２）を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の装置。

【請求項8】

発熱体（１０１）および請求項１～７のいずれか一項に記載の制御装置を含む、流体、特に液体を加熱するシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車用の、特に電気自動車やハイブリッド車用の流体、好ましくは液体を加熱するシステム用の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

既知の方法では、流体、好ましくは液体を加熱するそのようなシステムは発熱体とチャンバを含み、流体がチャンバ内の前記電気素子により加熱されるように形成される。

【0003】

発熱体を制御する装置は、概して高電圧が供給される少なくとも一つのパワートランジスタを含み、このトランジスタのゲートは低電圧が供給される回路により駆動される。高電圧は例えば３５０Ｖのオーダーであり、一方、低電圧は１２Ｖのオーダーである。

【0004】

パワートランジスタが故障した場合、加熱装置は連続動作しうるが、これは水が沸騰して蒸発し始めた場合には、特にＩＳＯ２６２６２標準の観点で、受け入れ難い火事の危険性を引き起こす。

【0005】

本発明の目的は、この欠点を是正することである。

【発明の概要】

【0006】

自動車用の流体、好ましくは液状流体を加熱するシステムであって前記流体を加熱するよう構成されている少なくとも一つの発熱体を含むシステムを制御する装置が提供され、この制御装置は、発熱体に接続可能な第１電子スイッチおよび発熱体に接続可能な第２電子スイッチと、いずれも第１電子スイッチと関連付けられた第１温度を測定するセンサおよびマイクロコントローラであって、前記マイクロコントローラは第１温度の測定値に応じて第１スイッチを開放または閉鎖するよう構成されている、センサおよびマイクロコントローラと、いずれも第２電子スイッチと関連付けられた第２温度を測定するセンサおよび論理制御モジュールであって、前記論理制御モジュールは測定された第２温度を閾値と比較するよう構成されているコンパレータを含んで比較結果に応じて第２スイッチを開放または閉鎖するよう構成されている、センサおよび論理制御モジュールと、を含む。

【0007】

別の態様によれば、モジュールは、第２温度が閾値より高い場合に第２電子スイッチを開放するよう構成される。

【0008】

別の態様によれば、モジュールは、マイクロコントローラと、測定された第２温度をマイクロコントローラへ伝達する、および／または第２電子スイッチを作動または停止させるよう構成されている論理制御モジュールとを接続するデジタルカプラーを含む。

【0009】

別の態様によれば、マイクロコントローラは、測定された第１温度と第２温度の値の差分の絶対値が閾値より大きい場合に第１電子スイッチを開放するよう構成される。

【0010】

別の態様によれば、論理制御モジュールは、第１温度を閾値と比較する別のコンパレータを含み、第１温度が閾値より高い場合に第２電子スイッチを開放するよう構成される。

【0011】

別の態様によれば、論理制御モジュールは、第１温度と第２温度の安定性を確認する手段を含み、第１温度が第２温度と異なる場合に第２電子スイッチを開放するよう構成される。

【0012】

別の態様によれば、装置はスイッチング電源を含む。

【0013】

別の態様によれば、発熱体および上述したような制御装置を含む、流体、特に液体を加熱するシステムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

他の特徴、詳細、および利点は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を分析することで明らかとなるであろう。

【0015】

【図1】第１実施形態に係る、加熱システムの制御装置を模式的に示す。

【図2】図１の制御装置のコンパレータを模式的に示す。

【図3】第２実施形態に係る、加熱システムの制御装置を模式的に示す。

【図4】第３実施形態に係る、加熱システムの制御装置を模式的に示す。

【図5】第１変形に係る図４の制御装置を示す。

【図6】第２変形に係る図４の制御装置を示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図面および以下の説明は、基本的に特定の性質の要素を含む。それゆえ、それらの要素は本開示をより良く理解するのに役立ちうるだけでなく、該当する場合にはその定義にも寄与しうる。

【0017】

本明細書の残りの部分で、同一である要素、または同一の機能を実行する要素は同じ参照符号を用いて指定される。本明細書では、簡潔とするためにこれらの要素は各実施形態において詳細には記載されない。むしろ、変形実施形態の間の差異のみが詳細に記載される。

【0018】

図で分かるように、本発明の一主題は、自動車用の流体１００、好ましくは液状流体を加熱するシステム用の制御装置１である。

【0019】

加熱システム１００は発熱体１０１を含む。発熱体１０１は、有利には、スクリーン印刷されたトラック（track）式、シーズ抵抗式、または正の温度係数を持つタイプの発熱抵抗Ｒを含む円筒形加熱管である。

【0020】

また、加熱システム１００はチャンバ１０２を含み、液状流体Ｆ、例えばグリコール・水混合液がこのチャンバ１０２を通って流れ、発熱体１０１がこのチャンバ１０２に浸漬され、その結果、流体Ｆがチャンバ１０２内の発熱体１０１により加熱される。

【0021】

第１実施形態は、図１および図２を参照して説明される。

【0022】

図１で分かるように、制御装置１は、第１電子スイッチ２と第２電子スイッチ３を含む。

【0023】

好ましくは、第１スイッチ２および第２スイッチ３はＩＧＢＴパワートランジスタ（ＩＧＢＴはInsulated Gate Bipolar Transistor（絶縁ゲート型バイポーラートランジスタ）を意味する）である。

【0024】

また、制御装置１は、第１スイッチ２と関連付けられ、第１スイッチ２を開放または閉鎖するよう構成されているマイクロコントローラ４も含む。

【0025】

例えば、マイクロコントローラ４は、特に１２Ｖのオーダーのいわゆる低電圧をトランジスタ２のゲートへ印加してトランジスタ２を閉鎖し、ゼロ電圧を印加してトランジスタ２を開放する。

【0026】

また、制御装置１は、例えばＰＴＣ型またはＮＴＣ型の、第１温度Ｔ１を測定する温度センサも含む。温度Ｔ１は、加熱システム１００を通って流れる流体の温度を直接的または間接的に求めるためにチャンバ１０２の中、または近くで測定される。

【0027】

マイクロコントローラ４は、Ｔ１が閾値より高い場合にトランジスタ２を開放するよう構成される。

【0028】

また、図１および図２で分かるように、制御装置１は、第２電子スイッチ３用の論理制御モジュール５を含む。

【0029】

論理制御モジュール５は、より少ない信号処理段階を含むという点でマイクロコントローラとは異なることに留意されたい。特に、このモジュールはアナログ／デジタル変換器を含まない。加えて、後述されるように、電流源とこのモジュールが含むコンパレータの間に直接接続が存在する。論理制御モジュールは、そのプログラム（ソフトウェア）に従って動作するマイクロコントローラとは異なり、設計された機能のみを有する。

【0030】

先行技術とは異なり、論理制御モジュール５により、第２マイクロコントローラを必要とすることなく、安全のために冗長性を与えることが可能となる。したがって、特定の信号処理段階は除去されて、これにより制御装置がよりロバストになる。

【0031】

モジュール５は、測定された第２温度Ｔ２を閾値と比較するよう構成されているコンパレータ６と、コンパレータ５に接続されて比較結果に応じて第２スイッチ３を開放または閉鎖するよう構成されている、トランジスタ３のゲートを制御する手段７とを含む。

【0032】

また、制御装置１は、例えばＰＴＣ型またはＮＴＣ型の、第２温度Ｔ２を測定する温度センサも含む。温度Ｔ２は、加熱システム１００を通って流れる流体の温度を直接的または間接的に求めるためにチャンバ１０２の中、または近くで測定される。

【0033】

ゲート制御手段７は、Ｔ２が閾値より高い場合にトランジスタ３を開放するよう構成される。

【0034】

図１で分かるように、トランジスタ２、３は、ＨＶ＋およびＨＶ－（ＨＶは高電圧を意味する）で示される２つの電位の間の発熱体１０１へ直列に接続されて、いわゆる高電圧回路８を形成する。電圧ＨＶ＋は、例えば３５０Ｖのオーダーである。

【0035】

図１に示されるように、制御装置１は、電源１１に接続された変圧器１２を既知の方法で含むいわゆるフライバックスイッチング電源を含み、マイクロコントローラ４、モジュール５、およびトランジスタ２、３への電力供給を可能とする低電圧回路９を含む。

【0036】

電源は低電圧であると言われており、５Ｖ～２０Ｖ、例えば１２Ｖや１５Ｖから成る電圧を供給する。

【0037】

やはり図１に示されるように、制御装置１は、マイクロコントローラ４とモジュール５の間にデジタルカプラー１３も含む。

【0038】

この第１実施形態によれば、デジタルカプラー１３によりマイクロコントローラ４とモジュール５の間の通信が保証され、その結果、マイクロコントローラ４はモジュール５を介して第２トランジスタ３を駆動する。これを行うため、モジュールは、温度Ｔ２の信号とカプラー１３を介してマイクロコントローラ４により送信されるオン／オフ信号とのＡＮＤ論理を含む。

【0039】

したがって、故障の場合は、温度Ｔ１および／または温度Ｔ２は閾値より高くなり、第１トランジスタ２および／または第２トランジスタ３はそれぞれマイクロコントローラ４とモジュール５により開放されるので、火事の危険性を抑えることが可能となる。

【0040】

第２実施形態は、図３を参照して説明される。

【0041】

第２実施形態の制御装置１の要素１～１３は、図１を参照して既に説明された。また、加熱システムの要素１００～１０２も既に説明された。

【0042】

図３で分かるように、制御装置１は、デジタルカプラー１３を介して温度Ｔ２をマイクロコントローラ４へ送信するアナログデジタル変換器１４を含む。物理バスはＩ２Ｃバス（Ｉ２ＣはInter-Integrated Circuitを意味する）、またはＳＰＩバス（ＳＰＩはSerial Peripheral Interfaceを意味する）とすることもできる。

【0043】

この場合、有利には、マイクロコントローラ４は温度Ｔ１とＴ２の安定性を確認して、Ｔ１およびＴ２が不安定な（これらの差分がゼロに設定されうる閾値より絶対値で大きい）場合に第１トランジスタ２を開放するよう構成されうる。

【0044】

第３実施形態は、図４～図６を参照して説明される。

【0045】

第３実施形態の制御装置１の要素１～１４は、図３を参照して既に説明された。また、加熱システムの要素１００～１０２も既に説明された。

【0046】

図４に示されるように、そのデューティ比（duty cycle）が温度Ｔ１に応じて変調されるＰＷＭ信号（ＰＷＭはPulse Width Modulation（パルス幅変調）を意味する）が、カプラー１３を介してマイクロコントローラ４からモジュール５へ送信される。

【0047】

図５において、モジュール５はコンパレータ６に加えて、ＰＷＭ信号により第１温度Ｔ１を比較するよう構成されているコンパレータ１５を含む。コンパレータ１５はトランジスタ３のゲートを制御する手段７に接続され、その結果、第２トランジスタ３はＴ１が閾値より高い、またはＴ２が閾値より高い場合に開放される。

【0048】

図６において、モジュール５はコンパレータ６および１５に加えて、温度Ｔ１とＴ２を比較する手段１６を含み、この手段１６はトランジスタ３のゲートを制御する手段７に接続され、その結果、第２トランジスタ３は温度Ｔ１およびＴ２がゼロに設定されうる閾値と異なる場合に開放される。

【0049】

図６で分かるように、手段１６は第１減算器１７、第２減算器１８、およびコンパレータ１９を含む。

【0050】

第１減算器１７は、正の入力として信号Ｔ１を、負の入力として信号Ｔ２を有し、一方で第２減算器は正の入力として信号Ｔ２を、負の入力として信号Ｔ１を有し、これにより、コンパレータ１９内で２つの温度の差分を閾値Δと比較することが可能となる。

【0051】

したがって、この変形によれば、トランジスタ３のゲートを制御する手段７は、
－温度Ｔ１が閾値より高い場合、
－温度Ｔ２が閾値より高い場合、および／または、
－温度Ｔ１とＴ２が異なる場合、
に第２トランジスタ３を開放する。

【0052】

装置１は、有利には、図１、図３、図４に示されるように、制御装置１の動作に関する他の情報を伝達するために、電源１１により供給されて低電圧回路９とマイクロコントローラ４の間に設置されるデジタルカプラー２０を含むことに留意されたい。

【0053】

したがって、本発明によりパワートランジスタの故障を確実に検出することが可能となり、これにより関連する加熱システムを保護し、このシステムが装備された自動車の乗員を守ることが可能となる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】