CN103182918B - 一种用于电动车的电辅助加热装置及电动车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于电动车的电辅助加热装置，包括壳体、位于壳体中的若干导热槽、及保持在导热槽中的PTC加热单元，壳体内、导热槽外的腔体为用于容纳介质的循环腔，介质流动通过该循环腔；PTC加热单元包括两侧设有导电电极的PTC元件，及安装于PTC元件导电电极处的电极板；PTC元件与电极板之间夹设有具有弹性的导电聚合物层，导电聚合物层包括聚合物及与聚合物复合的导电材料。导电聚合物层能够填补电极板与PTC元件之间的微小空隙，使得热量不损失，制热速度快；显著降低电极板与PTC元件之间的接触电阻，使电极板与PTC元件之间的界面处导热充分，热量不易聚集在界面处，材料的老化受到的影响相对较小，提高长时间使用可靠性。

Description

一种用于电动车的电辅助加热装置及电动车

技术领域

本发明属于加热装置领域，尤其涉及一种用于电动车的电辅助加热装置。

背景技术

传统燃油汽车的空调供暖系统通常以尾气余热或发动机冷却循环水的余热作为热源并引入热交换器，将送风机送来的空气与热交换器进行热交换，加热后的空气送入车内，达到供暖、除雾、除霜的目的。然而，随着纯电动车和混合动力车的应用，特别是对于纯电动车来说，其工作时没有足够的余热供汽车内部采暖，因此需在电动压缩机制冷的基础上增加电辅助加热装置。

PTC（正温度系数）元件的特点是，其电阻率在某个一定的温度范围内时基部保持不变，而当温度达到PTC元件的居里温度附近时，其电阻率会在较窄的温度范围内迅速增大，接近绝缘体。目前PTC元件分为陶瓷PTC和聚合物PTC，通常使用陶瓷PTC作为加热元件，其具有安全无明火，不易燃烧，无安全隐患等特点，并且在环境温度提高后可自动降低发热功率，达到自动节能的效果，是一种较为理想的电加热材料。

现有利用陶瓷PTC的电辅助加热装置，参阅图1，通常是在陶瓷PTC3′设有导电电极的侧面依次安装电极板4′、绝缘层6′等多层传热结构，其中电极板还兼有导电的作用，电极板4′上延伸有端子41′，用于与电源连接。使用时将上述各部件保持于金属制成的导热槽（未图示）内，导热槽插入导热流体中，如液体或气体中，陶瓷PTC3′产生的热量经电极板4′、绝缘层6′、导热槽传导至导热流体，导热流体再将热量带走供车内供暖、除雾、除霜。

陶瓷PTC3′与设置于其表面的电极板4′紧密接触，才能保证该电极板与陶瓷PTC有良好的导电和导热性能。陶瓷PTC、电极板被保持于导热槽内，仅这种布置方式还不足以产生足够的接触压力，因此在绝缘层外侧增加弹性压板8′，电极板在弹性压板8′的压力下抵靠在陶瓷PTC的导电电极上以与陶瓷PTC有良好的连接，由于热量传递需多经过一道装置——弹性压板8′，才能达到导热槽，使得热量出现损失，并且制热速度变慢。

然而即使在有弹性压板8′的情况下，由于陶瓷PTC的导电电极为硬的表面，电极板与陶瓷PTC的导电电极之间仍存在微小空隙，使得电极板与陶瓷PTC之间的接触电阻增大；同时也影响到界面传热，使得陶瓷PTC产生的热量不能充分地传导至电极板。

发明内容

本发明为解决电辅助加热装置热量损失大，制热速度慢；PTC元件与电极板之间接触电阻大、界面传热不充分的技术问题，提供一种热量损失小，制热速度块的电辅助加热装置，其PTC元件与电极板之间接触电阻小且界面传热充分。

为达到上述目的，本发明提供一种用于电动车的电辅助加热装置，包括壳体、位于壳体中的若干导热槽、及保持在导热槽中的PTC加热单元，所述壳体内、导热槽外的腔体为用于容纳介质的循环腔，所述介质流动通过该循环腔；所述PTC加热单元包括两侧设有导电电极的PTC元件，及安装于PTC元件导电电极处的电极板；所述PTC元件与电极板之间夹设有具有弹性的导电聚合物层，所述导电聚合物层包括聚合物及与聚合物复合的导电材料。

优选地，所述导电材料与聚合物复合的方式包括导电材料散布或嵌设于聚合物中，或聚合物贴附于导电材料两侧。

优选地，所述聚合物为聚酰亚胺、聚四氟乙烯、有机硅树脂、环氧树脂中的一种或多种。

优选地，所述导电材料为金属纤维、金属颗粒、金属编织网、金属片、碳、石墨中的一种或多种。

优选地，所述导热槽的竖直截面呈楔形；所述电极板朝向PTC元件的一面为竖直面，所述电极板朝向导热槽的一面为适应导热槽的斜面。

优选地，所述电极板朝向PTC元件的一面设有定位槽，所述PTC元件及导电聚合物层位于定位槽中。

优选地，所述电极板朝向PTC元件的一面设有凸缘，所述PTC元件及导电聚合物层置于凸缘上。

优选地，所述电极板的面积大于PTC元件的侧面面积，并形成超出PTC元件的边缘。

优选地，所述边缘之间填充有绝缘填充物。

优选地，所述PTC元件为陶瓷PTC。

优选地，每个PTC加热单元包括至少两个PTC元件。

本发明还提供一种电动车，包括空调供暖系统，其特征在于：所述空调供暖系统包括本发明的电辅助加热装置，及与电辅助加热装置连接的热交换器，介质流经电辅助加热装置进行热量采集，吸收热量后的介质进入热交换器，通过热交换器将热量释放进行车内供暖。

本发明的有益效果是：由于导电聚合物层其本身具有弹性，只需要很小的接触压力就能够填补电极板与PTC元件之间的微小空隙，无需另外设置弹性压板，使得热量不损失，制热速度快；显著降低电极板与PTC元件之间的接触电阻，使电极板与PTC元件之间的界面处导热充分，热量不易聚集在界面处，材料的老化受到的影响相对较小，提高长时间使用可靠性。

附图说明

图1是现有技术提供的电辅助加热装置的示意图。

图2是本发明一实施例的电辅助加热装置的剖面图。

图3是本发明一实施例的PTC加热单元嵌入导热槽的剖面图。

图4是本发明另一实施例的PTC加热单元嵌入导热槽的剖面图。

图中标记：

1-壳体、11-循环腔、12-开口、

2-盖板组件、21-盖板基体、22-导热槽、

3-PTC元件、31-左传导面、32-右传导面、

4-电极板、41-端子、42-定位槽、43-凸缘、44-边缘、

5-导电聚合物层、

6-绝缘层、

7-绝缘填充物。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图2和图3，本发明提供一种用于电动车的电辅助加热装置，包括壳体1、位于壳体1中的若干导热槽22、及保持在导热槽22中的PTC加热单元，所述壳体1内、导热槽22外的腔体为用于容纳介质的循环腔11，所述介质流动通过该循环腔11；所述PTC加热单元包括两侧设有导电电极的PTC元件3，及安装于PTC元件3导电电极处的电极板4；所述PTC元件3与电极板4之间夹设有具有弹性的导电聚合物层5，所述导电聚合物层5包括聚合物及与聚合物复合的导电材料。

参阅图2，示出了一实施例的电辅助加热装置，其包括一端设有开口12的壳体1及封闭该开口12的盖板组件2，壳体1内形成有可容纳导热流体（例如，水）的循环腔11，壳体1上具有导热流体的入口和出口（未图示）。盖板组件2包括大致呈平板状的盖板基体21、及由盖板基体21向循环腔11内凹陷的若干个导热槽22，导热槽22的开口形成于盖板基体21上，所述PTC加热单元嵌入到导热槽22中，导热槽22不仅起到将导热流体与PTC加热单元隔离开的作用，同时也起到传导热量的作用，因此导热槽22由热的良导体制成，如金属，在本实施例中为铝或铝合金。

导热槽22可与盖板基体21一体成型，为脱模需要，导热槽22具有呈楔形的竖直截面。

参阅图3，示出了PTC加热单元嵌入导热槽22。PTC加热单元包括PTC元件3、导电聚合物层5、电极板4、绝缘层6，上述各部件形成为一体，并嵌入导热槽22中，将产生的热量传导至导热槽22。PTC元件3是PTC加热单元中产生热量的装置，优选为陶瓷PTC，在陶瓷PTC的相对两侧表面具有通过喷涂、印刷等方式设置的导电电极（未图示），所述导电电极优选为银电极。为描述方便，将陶瓷PTC设置有导电电极的侧面分别称为左传导面31和右传导面32。

具有弹性的导热绝缘层6分别设置在PTC元件3的左传导面31和右传导面32上，将PTC元件3夹持在中间，夹持在导热绝缘层6之间的PTC元件3可以至少为两个。导电聚合物层5中的聚合物包括但不限于聚酰亚胺、聚四氟乙烯、有机硅树脂、环氧树脂中的一种或多种。导电材料包括但不限于金属纤维、金属颗粒、金属编织网、金属片、碳、石墨中的一种或多种。所述导电材料与聚合物复合的方式包括导电材料散布或嵌设于聚合物中，或聚合物贴附于导电材料两侧。例如当导电材料为金属颗粒时，以金属颗粒散布于聚合物中的复合方式形成导电聚合物层；或者当导电材料为金属片时，以聚合物贴附于金属片两侧的方式形成导电聚合物层。本实施例是在有机硅树脂中复合镍制金属编制网制成导电聚合物层5，即在聚合物中嵌设有镍制金属编制网。

导电聚合物层5可以制成浆料涂覆在PTC元件3的左传导面31和右传导面32，如采用有机硅树脂与金属纤维在常温下按比例混合搅拌成导电浆料，通过自动涂膜机涂覆在PTC元件3的左传导面31和右传导面32，并在110-130°C下，固化1-2h成为导电聚合物层5。

当然，导电聚合物层5也可以预制成型，例如采用有机硅树脂与镍制金属编制网制成薄膜状的导电聚合物层。具体做法是，将镍制金属编制网浸泡在一定黏度的有机硅树脂溶液中，取出后进行脱泡处理，并在110-130°C下，固化1-2h成型，得到所需要的预制导电聚合物薄膜，其厚度为0.2~0.5mm，然后将其贴设于PTC元件3的左传导面31和右传导面32。薄膜的厚度不限于上述范围。

继续参阅图3，电极板4由导电材料制成，电极板4的上端部延伸有用于连接电源的端子41，电极板4通过导电聚合物层5与PTC元件3电连接。为保证PTC元件3与电极板4之间有更好的接触，电极板4的面积基本上与PTC元件3的左传导面31和右传导面32一致，因此PTC元件3的整个左传导面31和右传导面32基本与电极板4接触。当然，优选情况下电极板4的面积比PTC元件3的左传导面31和右传导面32稍大以形成超出PTC元件3的边缘44，以将PTC元件3与导热槽22充分隔开。在边缘44之间处填充有绝缘填充物7，如聚酰亚胺，起到将两个电极板4绝缘的作用。

电极板4的材质为本领域技术人员所公知，可以为铝、铜、不锈钢、铝合金、铜合金或镍基合金等。

为了适应具有楔形截面的导热槽22，将电极板4朝向PTC元件3的一面设置成竖直面，电极板4朝向导热槽22的一面设置为适应导热槽22的斜面。

为了在竖直方向实现PTC元件3及导电聚合物层5的定位，优选电极板4朝向PTC元件3的一面设有定位槽42，所述PTC元件3及导电聚合物层5位于定位槽42中。或者，还可以在电极板4朝向PTC元件3的一面设有凸缘43（如图4），所述PTC元件3及导电聚合物层5置于凸缘43上。可以理解的是，电极板4朝向PTC元件3的一面也可以不进行上述设置，而仅为一平面，只要设计成在PTC加热单元嵌入导热槽22时所受到的导热槽22两侧的压力能够保持PTC元件3及导电聚合物层5在竖直方向的位置。

如上所述，导电聚合物中分布的导电材料，能够导通电极板4与PTC元件3，且导电聚合物层5具有弹性，相对于刚性的PTC元件3直接与电极板4接触而言，导电聚合物层5可以弥补PTC元件3与电极板4之间的微小空隙，降低接触电阻；并且不影响界面传热，使得PTC元件3产生的热量充分地传导至电极板4。

如图3，绝缘层6的截面成U型，位于电极板4与导热槽22的内侧壁及内底壁之间，以电绝缘电极板4与导热槽22。并且绝缘层6为导热性好的材料，不至于损失传递的热量，例如导热垫片、陶瓷绝缘材料等。PTC元件3+导电聚合物层5+电极板4+绝缘层6的整体厚度稍大于导热槽22的宽度，形成过盈配合，从而导热槽22的侧壁可以夹紧PTC加热单元，起到更好的导热和导电的效果。

下面介绍本发明的电辅助加热装置的安装及使用过程，将导电聚合物层5、电极板4、绝缘层6依次安装于PTC元件3的左、右传导面32上，并在位于左、右两侧的电极板4之间的边缘处填充绝缘填充物7，以上形成PTC加热单元。将上述安装好的PTC加热单元嵌入导热槽22中，然后再将盖板组件2安装到壳体1开口12处并密封开口12，导热槽22插入到循环腔11中。使用时，从壳体1的入口处通入导热流体，并接通电源，PTC元件3开始发热，热量通过导电聚合物层5、电极板4、绝缘层6、导热槽22传递至导热流体，导热流体从壳体1的出口流出，将热量带走用于车内的供暖、除霜、除雾等。

本发明还提供一种电动车，包括空调供暖系统，所述空调供暖系统包括本发明所提供的电辅助加热装置，及与电辅助加热装置连接的热交换器，介质流经电辅助加热装置进行热量采集，吸收热量后的介质进入热交换器，通过热交换器将热量释放进行车内供暖。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于电动车的电辅助加热装置，包括壳体（1）、位于壳体（1）中的若干导热槽（22）、及保持在导热槽中的PTC加热单元，所述壳体（1）内、导热槽外的腔体为用于容纳介质的循环腔（11），所述介质流动通过该循环腔（11）；所述PTC加热单元包括两侧设有导电电极的PTC元件（3），及安装于PTC元件（3）导电电极处的电极板（4）；其特征在于：所述PTC元件（3）与电极板（4）之间夹设有具有弹性的导电聚合物层（5），所述导电聚合物层（5）包括聚合物及与聚合物复合的导电材料。

2.如权利要求1所述的用于电动车的电辅助加热装置，其特征在于：所述导电材料与聚合物复合的方式包括导电材料散布或嵌设于聚合物中，或聚合物贴附于导电材料两侧。

3.如权利要求1所述的用于电动车的电辅助加热装置，其特征在于：所述聚合物为聚酰亚胺、聚四氟乙烯、有机硅树脂、环氧树脂中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的用于电动车的电辅助加热装置，其特征在于：所述导电材料为金属纤维、金属颗粒、金属编织网、金属片、碳、石墨中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的用于电动车的电辅助加热装置，其特征在于：所述导热槽（22）的竖直截面呈楔形；所述电极板（4）朝向PTC元件（3）的一面为竖直面，所述电极板（4）朝向导热槽的一面为适应导热槽的斜面。

6.如权利要求1所述的用于电动车的电辅助加热装置，其特征在于：所述电极板（4）朝向PTC元件（3）的一面设有定位槽（42），所述PTC元件（3）及导电聚合物层（5）位于定位槽中。

7.如权利要求1所述的用于电动车的电辅助加热装置，其特征在于：所述电极板（4）朝向PTC元件（3）的一面设有凸缘（43），所述PTC元件（3）及导电聚合物层（5）置于凸缘上。

8.如权利要求1所述的用于电动车的电辅助加热装置，其特征在于：所述电极板（4）的面积大于PTC元件（3）的侧面面积，并形成超出PTC元件（3）的边缘（44）。

9.如权利要求8所述的用于电动车的电辅助加热装置，其特征在于：所述边缘之间填充有绝缘填充物（7）。

10.如权利要求1所述的用于电动车的电辅助加热装置，其特征在于：所述PTC元件（3）为陶瓷PTC。

11.如权利要求1所述的用于电动车的电辅助加热装置，其特征在于：每个PTC加热单元包括至少两个PTC元件（3）。

12.一种电动车，包括空调供暖系统，其特征在于：所述空调供暖系统包括权利要求1-11任意一项所述的电辅助加热装置，及与电辅助加热装置连接的热交换器，介质流经电辅助加热装置进行热量采集，吸收热量后的介质进入热交换器，通过热交换器将热量释放进行车内供暖。