CN108116195A - 新能源汽车水加热器 - Google Patents

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韦长华
束超
眭晓栋
周康良
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

本发明涉及一种新能源汽车水加热器，属于汽车零部件的技术领域。本发明的新能源汽车水加热器，包括加热器水槽（1）、散热器（2）、加热器（3）、集线板（4）、控制主板（5）和上盖（6），散热器（2）固定安装在加热器水槽1上，并与加热器水槽（1）形成除入口（1b）和出口（1c）之外封闭的水槽空腔，散热器（2）的散热片中设有安装槽（2a），安装槽（2a）内固定安装有加热器（3），并通过固定加盖的上盖（6）形成安装空腔，所述安装空腔中固定装有集线板（4）和控制主板（5）。本发明的水加热器设计科学合理，构造简单紧凑，完全能够满足汽车所需水加热要求，加热效率高，节约能源和成本，安全可靠。

Description

新能源汽车水加热器
技术领域
本发明涉及汽车零部件的技术领域，尤其涉及电动汽车（EV）、增程式电动车(EREV)和混合动力车（HEV）等新能源车用的水加热器。
背景技术
为应对日益突出的燃油供求的矛盾和环境污染的问题，世界各国均在推进新能源汽车的技术发展，现有技术中的发动机车能够利用发动机产生的热量使车内保持足够温暖，但电动汽车（EV）没有发动机，增程式电动车(EREV)和混合动力车（HEV）在发动机停转时车内也需保暖。采用的电热式加热器因可用电取暖，是EV、EREV和HEV车有效的制暖方式。目前大多数车采用的是电加热器直接加入空气的方式来进行采暖，但因高压电直接接入乘员车厢内存在安全隐患，同时因电加热空气温度高导致周边塑件的高温气味传入车内不利于乘员身体安全。
同时面对纯电动类新能源车冬天需要实现快速除霜和除雾的需求，而且在冬天制暖行驶时，为防止车窗起雾一般会导入车外空气，这也加大了供暖功率的需求，而大多数电加热空气的采暖的系统功率过小，满足不了该状态的需求。
发明内容
为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种新能源汽车水加热器。
本发明的新能源车用的水加热器，包括加热器水槽、散热器、加热器、集线板、控制主板和上盖，散热器固定安装加热器水槽上，并与加热器水槽形成除入口和出口之外封闭的水槽空腔，散热器其散热片中设有安装槽，安装槽内固定安装有加热器，并通过固定加盖的上盖，形成上空腔，所述上空腔中固定装有集线板和控制主板。
其中，所述加热器包括第一插片、第二插片、固定片、垫板、PTC加热片、铜板、绝缘膜、绝缘垫和金属垫，由至少2片平面状PTC加热片横向平行排列，组成1个加热器的PTC加热元件单元，该加热元件单元的PTC加热片，两侧采用两片铜板包夹，其中一侧铜板与PTC加热片间加垫有一层合金金属片，两侧铜板则分别与插片、插片连接，再连接高压直流电压电源，包夹PTC加热片的两片铜板外部，采用绝缘膜包裹，绝缘膜外周再采用硅胶绝缘套包裹
其中，所述绝缘膜为聚酯绝缘膜或氧化铝绝缘薄膜。
其中，所述加热器水槽入口和出口分别位于纵轴方向两端，加热器水槽内缘设有扰流加强筋。
其中，所述散热器设有外缘为波浪形弯折的散热片，并固定装有弯曲内翅片。
其中，所述散热器与加热器水槽之间装有密封圈。
其中，所述插片与集线板，以及集线板与控制主板，通过电路互相连接。
其中，所述控制主板中的控制电路，包括自带脉冲宽度调制模块的单片机和大功率驱动电路，单片机通过总线与空调控制器连接。
本发明的新能源汽车水加热器具有以下有益效果：
本发明的新能源汽车水加热器构造简单紧凑，完全能够满足汽车所需水加热要求，加热效率高，而且安全可靠。
附图说明
图1为本发明新能源车用的水加热器爆炸示意图；
图2为本发明散热器示意图；
图3为本发明PTC散热片示意图；
图4为图3 PTC散热片俯视示意图；
图5为加热器水槽示意图；
图6为图5 加热器水槽A-A向剖视示意图；
图7为图5 加热器水槽B-B向剖视示意图；
图8为散热器示意图；
图9为图8散热器左视示意图；
图10为图8散热器A-A向示意图；
图11为图8散热器仰视示意图；
图12本发明新能源车用的水加热器控制电路示意图；
图13为PTC加热片组合连接电路示意图。
以上附图中各附图标记所表示的含义分别为：1-加热器水槽；1a-加强筋；1b-入口；1c-出口；2-散热器；2a-翅片；2b-安装槽；2c-散热片；3-加热器；3a-第一插片；3b-第二插片；3c-固定片；3d-垫板；3e-PTC加热片；3f-铜板；3g-绝缘膜；3h-绝缘套；3i-金属片；4-集线板；5-控制主板；6-上盖。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明所述的新能源汽车水加热器做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
实施例1
如图1所示，本实施例的新能源汽车水加热器，包括加热器水槽1、散热器2、加热器3（PTC加热元件）、集线板4、控制主板5和上盖6。如图2所示，散热器2固定安装在加热器水槽1上，并与加热器水槽1形成除入口1b和出口1c之外密封封闭的水槽空腔（参见图7）。为增强密封性，散热器2与加热器水槽1之间固定装有密封圈。散热器2的散热片中设有安装槽2a，安装槽2a内固定安装有加热器3，并通过固定加盖的上盖6，形成上空腔，上盖6与散热器2之间固定并加装密封圈密封。所述上空腔中固定装有集线板4和控制主板5。
如图3-4所示，本实施例的加热器3，包括第一插片3a、第二插片3b、固定片3c、垫板3d、PTC（陶瓷）加热片3e、铜板3f、绝缘膜3g、绝缘垫3h和金属垫3i。采用四片平面状PTC加热片3e横向平行排列，组成1个加热器3的PTC加热元件单元，该加热元件单元的PTC加热片3e，两侧采用两片铜板3f包夹，其中一侧铜板3f与PTC加热片3e间加垫有一层合金金属片3i，以提高PTC加热片3e的散热效果。而两侧铜板3f则分别与插片3a、插片3b连接，用于345V高压直流电源输入。包夹PTC加热片3e的两片铜板3f外部，采用绝缘膜3g包裹，绝缘膜3g为聚酯绝缘膜或氧化铝绝缘薄膜。绝缘膜3g外周再采用硅胶绝缘套3h包裹。由于PTC加热元件连接高压直流电源，所以必须以绝缘材料裹覆。将加热器元件绝缘膜3g和绝缘套3h双重夹裹是为了提高拼接精度。因为内侧的氧化铝绝缘膜3g偏硬，所以多覆盖一层硅胶绝缘套3h能够提高与散热器之间的密闭性，确保其散热性。PTC加热片3e包裹硅胶绝缘套3h后，在绝缘套3h一侧垫上垫板3d，并插入楔形固定片3c，将其固定加固安装到散热效果好的铝合金的散热器2的安装槽2a中。
本发明为实现防冻液在从散热器2侧边流过时能够实现高效放热，如图5-7所示，加热器水槽1流路采用了液流入口1b和出口1c分别位于纵轴方向（散热器纵轴方向两侧）两端的设计，而其内缘所设的扰流加强筋1a，可以起扰流作用。另外，在散热器2外缘设置了扰流构造：散热片2c（安装槽2b外缘）采用波浪形的弯折以及固定有扰流的弯曲内翅片2a，可以进步加强散热，并引导热流，具体如图8-11所示。
图12示出了控制主板5的控制电路图，采用空调控制器AC-ECU通过总线LIN连接单片机MCU来进行，所述总线LIN采用LIN总线，单片机MCU自带脉冲宽度调制模块PWM，通过4路控制器PWM（PWM1～PWM4），分别连接大功率驱动电路IGBT，所述驱动电路IGBT为IGBT功率器件，并分别电路连接4组并联的345V电压大功率加热的PTC（PTC1～PTC4）加热元件，实现加热的线性调整。连接在电路中的温度传感器TT和电流传感器ECS，可分别将温度信号和大功率加热的电流信号，连接反馈到单片机MCU。在水加热器工作时，通过空调控制器AC-ECU根据温度控制开关和水温，计算出要加热的水温的目标温度（范围是车室温度到最高70℃），并转换成相应的功率百分比（范围是：0%～100%）后，发送至PTC加热器。PTC加热器根据此功率的百分比，通过控制器PWM来控制PTC加热元件的功率。
本实施例中PTC加热片串并联组合连接电路如图13所示，由R1～R16总共16个单元的加热器3排列成4行、4列，每个加热器3通过插片3a、插片3b连接到设有印刷电路和接口的集线板4，将每个单元采用分组并联成PTC1、PTC2、PTC3和PTC4四个小组，各小组再通过连接电路并联连接到控制主板5本系统驱动用的控制器输入的345V高压直流电压电源输入端，各个小组的PTC元件单元数并不一定相同，本实施例PTC1、PTC2、PTC3、PTC4四个小组的功率比为1：1：2：4，控制器可根据实际需要，启动哪个小组或其小组组合进行加热。实施功率控制时对PTC1实行PWM（脉冲宽度调制）控制，用于实现0到1.0倍的PTC1功率的控制。1.0到2.0倍PTC1功率的控制由PTC2给定恒定功率，并调节PTC1的PWM占空比来实现。2.0到3.0倍PTC1功率的控制由PTC3给定恒定功率，并调节PTC1的PWM占空比来实现。3.0到4.0倍PTC1功率的控制由PTC2，PTC3给定恒定功率，并调节PTC1的PWM占空比来实现。4.0到5.0倍PTC1功率的控制由PTC4给定恒定功率，并调节PTC1的PWM占空比来实现。5.0到6.0倍PTC1功率的控制由PTC2，PTC4给定恒定功率，并调节PTC1的PWM占空比来实现。6.0到7.0倍PTC1功率的控制由PTC3，PTC4给定恒定功率，并调节PTC1的PWM占空比来实现。7.0到8.0倍PTC1功率的控制由PTC2，PTC3，PTC4给定恒定功率，并调节PTC1的PWM占空比来实现。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新能源车用的水加热器，其特征在于：包括加热器水槽（1）、散热器（2）、加热器（3）、集线板（4）、控制主板（5）和上盖（6）；所述散热器（2）固定安装在加热器水槽（1）上，并与加热器水槽（1）形成除入口（1b）和出口（1c）之外封闭的水槽空腔，散热器（2）的散热片中设有安装槽（2a），安装槽（2a）内固定安装加热器（3）；所述散热器通过固定加盖的上盖（6），形成安装空腔，所述安装空腔中固定安装所述集线板（4）和控制主板（5）。
2.根据权利要求1所述的新能源车用的水加热器，其特征在于：所述加热器（3）包括第一插片（3a）、第二插片（3b）、固定片（3c）、垫板（3d）、PTC加热片（3e）、铜板（3f）、绝缘膜（3g）、绝缘垫（3h）和金属垫（3i）；至少2片平面状PTC加热片（3e）横向平行排列组成1个加热器（3）的PTC加热元件单元，所述加热元件单元的PTC加热片（3e），两侧采用两片铜板（3f）包夹，其中一侧铜板（3f）与PTC加热片（3e）间加垫有一层合金金属片（3i），两侧铜板（3f）则分别与第一插片（3a）、第二插片（3b）连接，再连接高压直流电压电源，包夹PTC加热片（3e）的两片铜板（3f）外部，采用绝缘膜（3g）包裹，绝缘膜（3g）外周采用硅胶绝缘套（3h）包裹。
3.根据权利要求2所述的新能源车用的水加热器，其特征在于：所述绝缘膜（3g）为聚酯绝缘膜或氧化铝绝缘薄膜。
4.根据权利要求1所述的新能源车用的水加热器，其特征在于：所述加热器水槽（1）入口（1b）和出口（1c）分别位于纵轴方向两端，加热器水槽（1）内缘设有扰流加强筋（1a）。
5.根据权利要求1所述的新能源车用的水加热器，其特征在于：所述散热器（2）设有外缘为波浪形弯折的散热片（2c），并固定有弯曲内翅片（2a）。
6.根据权利要求1所述的新能源车用的水加热器，其特征在于：所述散热器（2）与加热器水槽（1）之间装有密封圈。
7.根据权利要求2所述的新能源车用的水加热器，其特征在于：所述第二插片（3b）与集线板（4）之间，以及集线板（4）与控制主板（5）之间，通过电路互相连接。
8.根据权利要求1所述的新能源车用的水加热器，其特征在于：所述控制主板（5）的控制电路中，包括自带脉冲宽度调制模块（PWM）的单片机（MCU）和大功率驱动电路（IGBT），单片机（MCU）通过总线与空调控制器（AC-ECU）连接。
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