CN102358214A

CN102358214A - 一种自控温的柔性座椅加热装置

Info

Publication number: CN102358214A
Application number: CN2011102723548A
Authority: CN
Inventors: 张海涛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2012-02-22

Abstract

一种自控温的柔性座椅加热装置，包括至少一个加热单元和与其连接的两个电源连接端，该加热单元包括在柔性绝缘薄膜一侧的一对主加热传导电极及与其连接的、相互对插的梳状分支电极，在两组该该梳状分支电极上附着有具有正温度系数的发热体；两个主加热传导电极分别与所述的两个电源连接端连接。本发明提出了一种更为安全可靠的自控温加热技术，实现更为简易可靠的依靠加热体自身物理阻抗变换特性的发热及温度控制。可以有效地降低目前生产的车辆上此类座椅舒适系统温控精度差及温控部件故障高发现象的存在，提高该系统的稳定性，进而降低车辆中此类故障的发生率，加强道路交通工具的座椅舒适系统的可靠性，简化了结构，降低了成本。

Description

一种自控温的柔性座椅加热装置

技术领域

本发明为一种自控温的PTC柔性座椅加热装置，主要应用于汽车的座椅电加热系统。

背景技术

随着现代汽车技术的快速发展，座椅的电加热系统作为一种重要的车辆舒适系统，广为驾乘人员所欢迎。其比车载空调系统具有更为直接、迅速、节能的座椅加热取暖效果，逐步成为冬季寒冷地域车辆的基本功能要求，已越来越快地得到了市场的认可。

在目前已有的汽车座椅电加热系统的应用中，往往由于应用环境的影响以及原有技术限制等因素，使得座椅电加热系统的温度控制易于产生失效。其失效的结果常常会导致该系统的工作异常，严重时甚至车辆座椅的椅面发生非预期的烧灼，导致车辆及使用者人身安全事故的产生。

导致此类事故发生的一个重要的示例就是在长期车辆使用的过程中，座椅电加热系统的控制单元，无论其是传统的双金属自动温控型还是基于反馈电平采样控制型，均可能会出现由于温度控制部件的损坏而导致温度控制失效，使系统处于非受控的连续加热的情况，导致座椅椅面产生温度失控的现象。

在已有的汽车座椅电加热系统中，由于温度控制精度范围的原因，还常常会出现由于座椅加热温度范围波动的变化，导致座椅椅面温度会在一定范围内冷热交替。由此可能会导致座椅使用人员的抱怨，此类抱怨情况在应用了双金属自动温控型的座椅电加热系统的车辆中尤为突出。

同时，由于目前各种汽车座椅电加热系统的原有技术往往存在温度控制系统结构复杂，成本偏高的问题，导致此类座椅电加热系统往往仅能被应用于中高档车型，严重影响了此类座椅舒适系统的应用和普及。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用智能座椅自控温的电加热装置，其适用于车辆的座椅舒适系统的座椅电加热及温度控制，解决现有技术存在的温度控制易于产生失效，以及控制系统结构复杂导致成本偏高的问题。

本发明的技术方案是：一种自控温的柔性座椅加热装置，包括至少一个加热单元和与其连接的两个电源连接端，其特征在于，所述的加热单元包括印刷在柔性绝缘薄膜上的一对主加热传导电极及与其连接的、相互对插的梳状分支电极，在两组该梳状分支电极上印刷附着有具有正温度系数的发热体；两个主加热传导电极分别与所述的两个电源连接端连接。

在所述的柔性绝缘薄膜的另一侧附着一层加强物。

所述的加强物由织物和/或非织物构成。

所述的加强物可以为均匀地完全覆盖整个加热器本身，也可以非均匀地对某些重点保护区域采用加厚的附着加强物，或用多层附着物进行局部加强覆盖。

在所述的发热体的外面附着具有双面粘贴和/或粘合特性的结构层，该结构层起到加热单元电路层的保护和椅面粘贴安装作用。

所述的柔性绝缘薄膜为柔性塑料薄膜材料，诸如PET、PC薄膜材料，其作为导电电极及发热体的印刷承载结构层。

在所述的主传导电极的各个部分，以及各个加热单元之间连接的主回路均设有并联的分回路，该主传导电极的各个分回路与主回路以及与其相连的众多梳状分支电极，共同构成了加热器的总传导电极回路。

本发明提出了一种更为安全可靠的利用印刷在柔性塑料薄膜基材上的导电发热体材料的正温度系数PTC（Positive Temperature Coefficient ）特性的自控温加热技术，实现更为简易可靠的依靠加热体自身物理阻抗变换特性的发热及温度控制。通过本发明的技术，可以有效地降低目前生产的车辆上此类座椅舒适系统温控精度差及温控部件故障高发现象的存在，提高该系统的稳定性，进而降低车辆中此类故障的发生率，加强道路交通工具的座椅舒适系统的可靠性。

根据已有的公知技术，采用导电金属浆料如导电银浆、铜浆或金属复合浆为导电印刷电极的材料。在本发明中，以诸如PET、PC薄膜材料的柔性绝缘薄膜为加热单元基材，通过丝网印刷方式将一对主加热传导电极及与其连接的、相互对插的设定间距的梳状分支电极印刷在基材上。主加热传导电极分别与加热系统的电源连接端连接，加热电源即经电源连接端馈入。

在已经印有主加热传导电极及设定间距的梳状分支电极的基材上，依然采用丝网印刷工艺，将一种具有正温度系数特性的导电浆料作为发热体介质印刷在上述经电极工艺处理的基材上。

这种具有正温度系数特性的导电浆料，为一种树脂基的导电聚合物。在聚合物基体中填充一定量的导电粒子（如炭黑、石墨、金属氧化物），成为具有正温度系数（Positive Temperature Coefficient，PTC）电阻效应的导电复合材料。当这种材质以一定厚度印制在设定间距的梳状分支电极的表面时，在相邻分支电极间构成阻性连接。

可以理解，当在两个主加热传导电极及梳状分支电极加载一定电压时，具有一定阻抗的发热体内部会出现电流运动，并产生发热效应。随着热效应的积累，发热体的温度会逐步增高，在其内部导电粒子的运动作用下，其外部阻抗呈现逐步增加。相应的，通过的电流也会呈现递减状态。当温度升高达到一定范围时，电流也会自动减小到较低的涓流值，此时加热器发热与散热保持相对平衡。反之，当温度下降时，电流也会呈现递增状态。

与现有的技术相比，本发明采用了仅依靠具有正温度系数的发热体自身的温度与阻抗系数相互关联的技术，利用正温度系数的发热体材料与周边环境温度对材料本体阻抗特性正向影响的特点，实现加热器的区域温度的控制。通过正温度系数的发热体加热时自身阻抗值的变化，实现对座椅椅面加热时加热电流的影响，从根本上解决了以往座椅加热系统需要依靠另外的温度控制元件或装置来实现加热温度控制的情况，极大地简化了加热系统的构成。

在本发明中，座椅电加热器以粘贴方式固定在车辆座椅面套内部的海绵发泡上。当座椅电加热器系统处于电源未开启状态时，首先，本系统内的含有正温度系数PTC特性的发热体的传导电极处于未加电状态。此时，含PTC特性的发热体的外部阻抗仅与车辆内部的环境温度相关。相对其处于高温发热环境的情况，发热体的外部阻抗值处于较低的水平。

当车辆座椅乘员打开电加热系统的开关后，发热体的传导电极开始加载工作电压，发热体进入电加热的阶段。此时，加热电流通过发热体导致该加热回路发热，引起座椅椅面的温度上升。随着电加热系统工作的进行，发热体自身的温度也会逐步上升。随着发热体温度的逐步上升，正温度系数的PTC发热体的自身电阻值也会逐步增加，同时，导致通过发热体的加热电流也逐步减小。

当座椅椅面温度接近于设定的温度饱和值时，发热体的自身阻抗变化为相对很大的阻值，通过发热体的加热电流也趋近于极小值。此时，座椅电加热器所发出的热量也基本上与由于周边环境影响所散失的热量相对平衡，即处于饱和温度工作状态。

此印刷有PTC特性的正温度系数材料的柔性薄膜型座椅加热系统的工作原理，是利用了此类作为发热体的PTC材料的正温度系数特性。在规定的环境温度范围内，发热体材料的阻抗特性与温度变化之间存在正向的关联关系，即温度越低，加热材料的阻抗越低；温度升高，加热材料的阻抗也随之升高。在相对定值的外部工作电压下，发热体阻抗变化会导致加热电流的反向变化。利用PTC材料的这一物理特性，进而实现了座椅加热系统自动控温的目的。

应该理解，此正温度系数的PTC发热体的加热传导电极是整个加热器的整体组成部分之一。发热体的PTC材料分布于主传导电极及其所属的分支电极之间，传导电极分别接入车辆电源的正、负极。加热传导电极在本系统的发热体内起到传导电流的作用。

应该注意到，整只汽车座椅的椅面构成通常为一个或多个相对平整的结构组成，那么在各个相对平整的区域内的加热单元上布置加热传导电极及PTC发热体的方式，将会尽可能地利用其平面结构。因此，相对独立又彼此交互的直型或曲型梳状发热电极分布，将是发热单元最为经济和节省的一种形式。该类型的发热电极为各主电极的分支，遍布加热器的各主要发热区域。此设计即可以有效地降低加热器系统的应用成本，同时，也显著地提高了系统的结构一体性。

可以理解，在整个加热器的加热传导电极的布置中，加热传导电极的结构强度和抗损坏能力对于整个系统应用的耐久性事关重要。为了避免加热传导电极回路出现诸如因回路局部损坏而导致工作电流无法传导，进而系统工作失效的情况，本发明采用了主传导电极回路的冗余和复用设计。通过设计非单一的主传导电极回路，以及在主传导电极回路之间使用多处联络复用。此设计解决了加热器内如某单一主传导回路点断路损坏，从而导致的整个加热系统出现断路性损坏，避免因此产生的系统工作瘫痪。

同样可以理解，本发明中发热体材料的正温度系数PTC特性的自控温加热技术的座椅加热系统不仅仅可以用在包含座椅坐垫和/或靠背加热的汽车座椅加热系统中。同时，也可应用于诸如非车辆的座椅、沙发、床垫、脚垫等热温使用产品及环境。

应该理解，加热器中发热体的正负电源传导电极中相对独立的梳状发热电极之间的相对间距，会直接决定了加热器外部阻抗值的大小，进而影响到加热器外在初始功率值的大小。本发明中，优选的采用梳状发热电极的彼此相对平均间隔距离为1.0～5.0毫米。

同样优选的，为了避免系统中的加热回路出现诸如因来自座椅椅面的外力作用导致的损坏，加热器的上表面的全部或局部附着织物和/或非织物的结构加强层，以增强实际使用中加热器结构的耐久性。

附图说明

图1是本发明加热单元的梳状发热电极与发热体的构成示意图；

图2是本发明的加热单元的局部层结构示意图；

图3是本发明加热器中传导电极回路的冗余和复用设计的构成示意图；

图4是本发明加热器中发热体加热与温升及加热电流的关系曲线。

附图标记说明：

00 座椅加热器

01 加热单元

02 连接导线

03 外部连接器

10 主加热传导电极

101、102、103、104 主传导电极10的各个分回路

11 主传导电极10的梳状分支电极

20 主加热传导电极

201、201、203、204、204、206、207、208 主传导电极20的各个分回路

21 主传导电极20的梳状分支电极

30 具有正温度系数PTC阻抗特性的发热体

40 柔性塑料薄膜材料

41 由织物和/或非织物构成的附着加强物

42 具有双面粘贴和/或粘合特性的结构层

43 离型膜

510 起始的椅面温度值

511 温升过程的椅面温度值

512 饱和的椅面温度值

520 起始的加热器的外部阻抗值

521 温升过程的外部阻抗值

522 饱和的外部阻抗值

530 起始的加热器的加热电流值

531 温升过程的加热电流值

532 饱和的加热电流值。

具体实施方式

图1示意性地显示了座椅加热器00中，在柔性塑料薄膜材料40上的两个主加热传导电极10、20及其梳状分支电极11、21等，与附着其上的具有正温度系数的PTC特性的发热体30构成一个加热单元01之间的关系。

实施例中，座椅加热器00的连接导线02及外部连接器03，经与之相连的外部控制回路及控制开关（未示出）开启后，座椅加热器00及所属加热单元01加电进入加热工作状态。反之，外部控制回路及控制开关断电后，系统停止工作。

图1中，与外部连接器03相接的两条连接导线02，分别独立与在柔性塑料薄膜材料40上的加热单元01的两个主加热传导电极10、20连接，两个主加热传导电极10、20各自与附属于自身的多条梳状分支11、21相连。两个电极10、20及梳状分支11、21相对独立又彼此交互，并保持具有适当距离的间隔，彼此之间不存在短路性相连。

在图1中示意性地示出了该加热单元01的内部，具有正温度系数PTC阻抗特性的发热体30印制附着在两个电极10、20及众多梳状分支电极11、21区域。其间，邻近的彼此相互独立的梳状分支电极11、21与发热体30之间构成条带型的局部电路结构。该局部电路中，在电压的作用下加热电流从一侧梳状分支电极通过之间的发热体30，向另一侧梳状分支电极流动。各个梳状分支电极11、21与发热体30之间构成条带型的局部电路结构的集合，构成了本加热单元01加热电路的总和。

在图2中，示出了加热单元01中某局部的结构构成关系。在作为基材的柔性塑料薄膜材料40上间隔排列有多条梳状分支电极11、21，在附有梳状分支电极11、21的薄膜材料40上为具有正温度系数PTC阻抗特性的发热体30，其通过印制使得发热体30填充在电极11、21上，以及电极11、21与薄膜材料40之间，此部分形成了加热部件的构成主体。可以理解，优选地加热单元01上的主加热传导电极10、20及其梳状分支电极11、21等材料可为金属导电浆料，并以丝网印刷形式布置在作为基材的薄膜材料40上。同样，发热体30亦以丝网印刷形式布置在设有主加热传导电极10、20及其梳状分支电极11、21的薄膜材料40上。

在图2中示意性地给出了加热单元01的层间结构特征，在上述由发热体30、梳状分支电极11、21以及薄膜材料40的上方，为一层由织物和/或非织物构成的附着加强物41。其位于加热单元01的最上层，处于最接近座椅椅面（未示出）之处，织物和/或非织物构成的附着加强物41起到对加热单元01的结构加强层的作用。

同时，如图2所示，位于上述结构的下方，为具有双面粘贴和/或粘合特性的结构层42，以及便于加热单元01的保护和安装的离型膜43。结构层42一面通过粘贴和/或粘合方式复合在附有分支电极11、21和发热体30的一侧，另一面则附有离型膜43。在座椅加热器及加热单元01车辆座椅上粘贴安装固定时，此离型膜43将会被去除。

优选地，由织物和/或非织物构成的附着加强物41相对于座椅加热器00可以为均匀地完全覆盖整个加热器00本身，也可以非均匀地对某些重点保护区域采用加厚的附着加强物41或用多层附着物41进行局部加强覆盖。

图3中，示意性地给出了主传导电极10、20回路的冗余和复用设计。在图中，给出了主传导电极10的各个分回路101、102、103、104等，同时也给出了主传导电极20的各个分回路201、202、203、204、205、206、207、208等。这些主传导电极的各个分回路与主回路以及与其相连的众多梳状分支电极11、21等，共同构成了加热器00的总传导电极回路。

图3中示例性地设计了非单一的主传导电极回路，以及在主传导电极10、20各自回路之间使用多处联络复用。如当加热器00内的主传导电极10回路的A点断路损坏，电路就会通过101、102等回路的复用，解决各梳状分支电极11的加热电流传到问题。如在主传导电极20回路的B点出现此类问题亦然。

在图4中，示意性地绘制了加热器00中发热体加热与温升及加热电流的关系。加热起始之初，座椅的椅面温度值510处于相对较低的状态，同时加热器的外部阻抗520也处于相对较低的值。此时，加热器的加热工作电流处于最大初始值530状态。

随着加热时间的延续，此时座椅的椅面温度值511处于不断增加的状态，同时加热器的外部阻抗值521也处于不断增加的状态，加热器的加热工作电流值531则不断趋于递减。当加热趋近于饱和状态，此时座椅的椅面温度值512趋近于加热和温度耗散相对平衡的状态，在此环境下加热器的外部阻抗值522也趋近的最大值，加热器的加热工作电流值532则递减至趋近最小值。

Claims

1.一种自控温的柔性座椅加热装置，包括至少一个加热单元和与其连接的两个电源连接端，其特征在于，所述的加热单元包括印刷在柔性绝缘薄膜上的一对主加热传导电极及与其连接的、相互对插的梳状分支电极，在两组该该梳状分支电极上附着有具有正温度系数的发热体；两个主加热传导电极分别与所述的两个电源连接端连接。

2.根据权利要求1所述的自控温的柔性座椅加热装置，其特征在于，在所述的柔性绝缘薄膜的另一侧附着至少一层加强物。

3.根据权利要求2所述的自控温的柔性座椅加热装置，其特征在于，所述的加强物由织物和/或非织物构成。

4.根据权利要求2所述的自控温的柔性座椅加热装置，其特征在于，所述的加强物可以为均匀地完全覆盖整个加热器本身，也可以非均匀地对某些重点保护区域采用加厚的附着加强物，或用多层附着物进行局部加强覆盖。

5.根据权利要求2所述的自控温的柔性座椅加热装置，其特征在于，在所述的发热体的外面附着具有双面粘贴和/或粘合特性的结构层，在该结构层的外面设有便于加热单元的保护和安装的离型膜。

6.根据权利要求1所述的自控温的柔性座椅加热装置，其特征在于，所述的柔性绝缘薄膜由柔性塑料薄膜材料制成。

7.根据权利要求1所述的自控温的柔性座椅加热装置，其特征在于，在所述的主传导电极的各个部分，以及各个加热单元之间连接的主回路均设有并联的分回路，该主传导电极的各个分回路与主回路以及与其相连的众多梳状分支电极，共同构成了加热器的总传导电极回路。