CN106252789A - 一种新型电动汽车用ptc加热器及集成控制系统 - Google Patents

一种新型电动汽车用ptc加热器及集成控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型电动汽车用PTC加热器及集成控制系统，包括发热体和散热器，所述发热体设置在加热器外壳内，在所述加热器外壳上设置至少一个温度传感器和地线，N为大于2的自然数；所述散热器是在所述发热体上设有流体容器，流体容器设有进液口和出液口；或所述散热器是设置在所述发热体上的阵列散热片。控制系统包括控制器连接温度采集模块、绝缘检测模块、开关驱动模块、电压采集模块、电流采集模块和控制及电源接线端；温度采集模块连接和温度检测接线端，开关驱动模块连接开关器件，开关器件连接发热体。本发明优点是：能提供暖风热源，能与电池散热系统共用部件或器件，高效节能，整机系统稳定，整机集成度高，使用便利，维修简便。

Description

一种新型电动汽车用PTC加热器及集成控制系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种新型电动汽车用PTC加热器及集成控制系统。
背景技术
目前，在新能源汽车技术领域，电动汽车一般采用动力电池组(一般为锂电池组)作为动力来源；动力电池在低温下需要加热，以保障电池可以正常使用；电动车不像燃油发动机自身可以产生热源，电动车自身没有产生热源的动力装置，也就无法提供热源给动力电池组；同时，也无法提供空调、除霜等所需的暖风热源。
目前行业内动力电池加热系统使用的加热器主要为PTC加热器或电阻式加热膜；两种加热器结构和功能简单，仅作为单一的加热器，通电后加热，不能与电池散热系统共用部件或器件，且不带集成控制，使用可靠性及便利性差。
发明内容
本发明的其中一个目的是提出一种加热器、集成加热系统和汽车，解决了现有技术存在能源浪费、不可靠、集成度低、不够便利的技术问题或不能与电池散热系统共用部件或器件。本发明突破性将PTC加热器用于电动汽车上，作为动力电池和汽车暖风加热的热源。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种新型电动汽车用PTC加热器，包括发热体和散热器，其特征是，所述发热体设置在加热器外壳内，在所述加热器外壳上设置至少一个温度传感器和地线，N为大于2的自然数；所述散热器是在所述发热体上设有流体容器，流体容器设有进液口和出液口；或所述散热器是设置在所述发热体上的阵列散热片。
进一步，所述加热器外壳上设有安装部件。
进一步，所述散热片与发热体交叉分布设置。
进一步，所述发热体是由第一发热体、第二发热体和第N发热体组成。
进一步，所述加热器外壳上设置有第一温度传感器、第二温度传感器、第N温度传感器和地线，N为大于2的自然数。
本发明中N均为大于2的自然数。
进一步，所述第一温度传感器对应第一发热体，第二温度传感器对应第二发热体，第N温度传感器对应第N发热体。
进一步，所述第一发热体为PTC。
进一步，所述第二发热体为PTC。
进一步，所述第N发热体为PTC。
进一步，所述第一温度传感器为NTC。
进一步，所述第二温度传感器为NTC。
进一步，所述第N温度传感器为NTC。
一种新型电动汽车用PTC加热器集成控制系统，其特征是，包括所述加热器和控制板，控制板包括控制器、温度采集模块、绝缘检测模块、开关驱动模块、开关器件、电压采集模块、电流采集模块、发热体、控制及电源接线端和温度检测接线端；控制器连接温度采集模块、绝缘检测模块、开关驱动模块、电压采集模块、电流采集模块和控制及电源接线端；温度采集模块连接和温度检测接线端，开关驱动模块连接开关器件，开关器件连接发热体。
进一步，所述控制器是单片机及其周边电路。
进一步，所述温度采集模块采用AD模块进行温度采集。
进一步，所述开关驱动模块采用IGBT驱动芯片进行驱动。
进一步，所述发热体是PTC。
进一步，所述开关器件采用IGBT或GTO或继电器或固态继电器。
进一步，所述电压采集模块采用AD模块组成。
进一步，所述电流采集模块采用AD模块和精密电阻组成。
本发明还提供了一种汽车，包括所述加热器和集成加热系统。
一种新型电动汽车用PTC加热器集成控制系统的控制方法，其特征是，采用如下步骤进行：
Step1:控制板接入低压和高压；
Step2:温度检测、高压端电压检测、绝缘检测；温度或电压超范围，或绝缘不良，控制板反馈故障、停止PTC工作；
Step3:无故障，接受PTC工作指令PTC工作占空比调节和温度控制值；
Step4:PTC按指令工作，对温度、电压、电流、绝缘进行实时检测或0.1s检测一次；
Step5:接收PWM值或停止指令；实际温度与温度设定值接近时，调整PTC工作占空比，降低PTC制热功率输出，精确控制温度；二者温度差3℃时，PWM输出占空比100％，2℃时PWM输出占空比66％，1℃时PWM输出占空比33％，0℃时PWM输出占空比0％；
Step6:接收温度设定值或停止指令；对温度、电压、电流、绝缘进行实时检测或0.1s检测一次。
整个工作过程中，温度、电压、电流、绝缘0.1s检测一次，并上传；温度超过程序中设定的温度保护上限值，电压超过设定的工作范围，电流超过保护上限值，绝缘检测到绝缘电阻小于电阻设定值等任意一种情况时，反馈故障，并停止PTC工作。
本发明的技术方案通过检测发热体的温度和环境温度，通过发热体实际温度与设定温度的比较，参考环境温度对发热体进行输出功率调节，从而调节了PTC的温度，达到PTC最佳工作状态，从而延长了PTC的使用寿命。
集成控制系统同时检测高压的电压和电流来保障检测PTC输出功率和PTC安全工作的准确性。
PTC配合流体容器和温度传感器，能稳定快速的调整IGBT的PWM占空比，从而实现PTC发热功率的调整，比传统不能调整输出功率的效率至上提升20-60％。
集成控制系统的控制算法实时检测判断实现PTC发热体100％安全工作，消除发生自然的安全隐患，安全系数极高。
通过对PTC发热体的上进行放置NTC进行温度检测，从而以极低的成本实现了温度检测功能。
因高压的存在，控制器实时检测异常，对高压电压、高压电流进行了实时监控，以及加热体外壳的绝缘检测保证100％安全可靠运行。
采用IGBT进行开关控制具有驱动功率低，开关速度高优点。
传统PTC通大电流后会带来极大安全隐患，因大电流导致PTC全功率发热，导致PTC寿命短，消耗电能量大。本发明通过改进PTC导热结构和控制发热功率，通过与环境温度的比较实时调整PTC发热功率，使PTC消耗最小的电量维持动力电池或暖风输出，达到高效节能。
本发明的优点是：能提供暖风热源，能与电池散热系统共用部件或器件，高效节能，整机系统稳定，整机集成度高，使用便利，维修简便。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明集成控制系统的原理框图；
图2为本发明一种液体PTC加热器结构示意图；
图3为本发明暖风PTC加热器结构示意图；
图4为本发明温度传感器结构示意图；
图5为本发明集成控制系统的控制方法控制流程图。
图中：1为控制器；2为温度采集模块；3为绝缘检测模块；4为开关驱动模块；5为开关器件；6为电压采集模块；7为电流采集模块；8为PTC发热体；9为控制及电源接线端；10为温度检测接线端；11为加热器外壳；12为第一发热体；13为第二发热体；14为第N发热体；15为第一温度传感器；16为第二温度传感器；17为第N温度传感器；18为地线；19为进液口；20为出液口；21为安装部件；22为第三发热体；23为第四发热体；24为第五发热体；25为散热片；26为温度传感器；27为流体容器。
具体实施方式
下面可以参照附图1～5以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本发明提供的任意技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。
本发明实施例提供了一种加热器、集成加热系统和汽车。
下面结合图1～图5对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
实施例1
一种新型电动汽车用PTC加热器，包括发热体和散热器，所述发热体设置在加热器外壳11内，在所述加热器外壳11上设置至少一个温度传感器和地线，N为大于2的自然数；所述散热器是在所述发热体上设有流体容器27，流体容器27设有进液口19和出液口20；或所述散热器是设置在所述发热体上的阵列散热片。
实施例2
如图2所示，本发明还提供了一种液体PTC加热器，由第一发热体12、第二发热体13、第N发热体14、第一温度传感器15、第二温度传感器16、第N温度传感器17、地线18、安装部件21和流体容器27组成；所述加热器外壳11上设有安装部件21；所述散热片与发热体交叉分布设置；所述加热器外壳11上设置有第一温度传感器15、第二温度传感器16、第N温度传感器17和地线18，N为大于2的自然数；第一发热体12、第二发热体13和第N发热体14并列设置在加热器外壳11内，流体容器27紧贴设置在第一发热体12、第二发热体13和第N发热体14上设置在加热器外壳11内。
实施例3
如实施例2所述液体PTC加热器，所述第一温度传感器15对应第一发热体12，第二温度传感器16对应第二发热体13，第N温度传感器17对应第N发热体14。
实施例4
如图3所示，本发明还提供了一种暖风PTC加热器，由第一发热体12、第二发热体13、第N发热体14、第一温度传感器15、第二温度传感器16、第N温度传感器17、地线18和第三发热体22、第四发热体23、第五发热体24和散热片25组成；第一发热体12、第二发热体13、第三发热体22、第四发热体23和第五发热体24中间部分设有散热片25并位于加热器外壳11内，加热器外壳11上设有第一温度传感器15、第二温度传感器16和地线18。
实施例5
如实施例2或3或4所描述的加热器，所述第一发热体12、第二发热体13、第N发热体14均为PTC。所述第一温度传感器15、第二温度传感器16、第N温度传感器17均为NTC。
实施例6
一种新型电动汽车用PTC加热器集成控制系统，包括所述加热器和控制板，控制板包括控制器1、温度采集模块2、绝缘检测模块3、开关驱动模块4、开关器件5、电压采集模块6、电流采集模块7、发热体8、控制及电源接线端9和温度检测接线端10；控制器1连接温度采集模块2、绝缘检测模块3、开关驱动模块4、电压采集模块6、电流采集模块7和控制及电源接线端9；温度采集模块2连接和温度检测接线端10，开关驱动模块4连接开关器件5，开关器件5连接发热体8。
实施例7
如实施例6所描述的所述控制器1是单片机及其周边电路；所述温度采集模块2采用AD模块进行温度采集；所述开关驱动模块4采用IGBT驱动芯片进行驱动；所述发热体8是PTC；所述开关器件5采用IGBT或GTO或继电器或固态继电器；所述电压采集模块6采用AD模块组成；所述电流采集模块7采用AD模块和精密电阻组成。
本发明还提供了一种汽车，包括所述加热器和集成控制系统。
上述本发明所公开的任意技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
另外，上述本发明公开的任意技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任意部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种新型电动汽车用PTC加热器，包括发热体和散热器，其特征是，所述发热体设置在加热器外壳(11)内，在所述加热器外壳(11)上设置至少一个温度传感器和地线，N为大于2的自然数；所述散热器是在所述发热体上设有流体容器(27)，流体容器(27)设有进液口(19)和出液口(20)；或所述散热器是设置在所述发热体上的阵列散热片。
2.如权利要求1所述加热器，其特征是，所述散热片与发热体交叉分布设置。
3.如权利要求1所述加热器，其特征是，所述发热体是由第一发热体(12、第二发热体(13)和第N发热体(14)组成。
4.如权利要求1所述加热器，其特征是，所述加热器外壳(11)上设置有第一温度传感器(15)、第二温度传感器(16)、第N温度传感器(17)和地线(18)，N为大于2的自然数。
5.如权利要求4所述加热器，其特征是，所述第一温度传感器(15)对应第一发热体(12)，第二温度传感器(16)对应第二发热体(13)，第N温度传感器(17)对应第N发热体(14)。
6.如权利要求3所述加热器，其特征是，所述第一发热体(12)、第二发热体(13)、第N发热体(14)均为PTC。
7.如权利要求4所述加热器，其特征是，所述第一温度传感器(15)、第二温度传感器(16)、第N温度传感器(17)均为NTC。
8.一种新型电动汽车用PTC加热器集成控制系统，其特征是，包括所述加热器和控制板，控制板包括控制器(1)、温度采集模块(2)、绝缘检测模块(3)、开关驱动模块(4)、开关器件(5)、电压采集模块(6)、电流采集模块(7)、发热体(8)、控制及电源接线端(9)和温度检测接线端(10)；控制器(1)连接温度采集模块(2)、绝缘检测模块(3)、开关驱动模块(4)、电压采集模块(6)、电流采集模块(7)和控制及电源接线端(9)；温度采集模块(2)连接和温度检测接线端(10)，开关驱动模块(4)连接开关器件(5)，开关器件(5)连接发热体(8)。
9.一种汽车，其特征是，包括所述如1-8任一项加热器和权8的集成控制系统。
10.如权8所述的集成控制系统，其特征是，控制流程采用如下步骤进行：
Step1:控制板接入低压和高压；
Step2:温度检测、高压端电压检测、绝缘检测；温度或电压超范围，或绝缘不良，控制板反馈故障、停止PTC工作；
Step3:无故障，接受PTC工作指令PTC工作占空比调节和温度控制值；
Step4:PTC按指令工作，对温度、电压、电流、绝缘进行实时检测或0.1s检测一次；
Step5:接收PWM值或停止指令；实际温度与温度设定值接近时，调整PTC工作占空比，降低PTC制热功率输出，精确控制温度；二者温度差3℃时，PWM输出占空比100％，2℃时PWM输出占空比66％，1℃时PWM输出占空比33％，0℃时PWM输出占空比0％；
Step6:接收温度设定值或停止指令；对温度、电压、电流、绝缘进行实时检测或0.1s检测一次。
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