CN108215718A - 新能源汽车用水暖式电加热系统 - Google Patents

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CN108215718A CN201810048310.9A CN201810048310A CN108215718A CN 108215718 A CN108215718 A CN 108215718A CN 201810048310 A CN201810048310 A CN 201810048310A CN 108215718 A CN108215718 A CN 108215718A
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苏冠贤
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    • B60H1/00392—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell for electric vehicles having only electric drive means

Abstract

本发明公开了一种新能源汽车用水暖式电加热系统，其包括散热器，散热器底部设置有加热元件，加热元件包括沿远离散热器的方向顺次设置的第一绝缘层、电阻加热层、电极层和第二绝缘层，散热器侧壁设置有进液管、出液管和高/低压插接件，内部设置有循环液体流道。加热系统采用180‑450V的直流高电压车载电力系统替代传统低电压车载电力系统(如24V)，电力来源于动力电池，加热元件设置于散热器底部，可对循环冷却液直接加热，由电能转换到热能几乎零损耗，转换速度快、效率高，为空调供暖系统、除雾除霜系统和动力电池保温系统提供了反应快、启动时间短、持续、可靠的热源，有效降低了电流强度，使得电加热系统具有更高、更稳定的功率和热输出。

Description

新能源汽车用水暖式电加热系统
技术领域
本发明属于新能源汽车技术领域，涉及一种新能源汽车用水暖式电加热系统，具体地说涉及一种为新能源汽车空调供暖和为动力电池保温的水暖式高压电加热系统。
背景技术
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源、技术原理先进、具有新技术新结构的汽车，通常包括纯动力、混合动力、燃料电池驱动几种类型，以电池为动力源或辅助动力源，新能源汽车由于没有燃油发动机或采用的发动机功率较小，在采暖时需要设置独立的热源，用电能来加热空气，将加热后的空气送入汽车轿厢以达到采暖的目的。
目前，新能源电动汽车的加热供暖方式主要有两种，一是采用PTC(PositiveTemperature Coefficient正温度系数)液体电散热器，这种电散热器的能源也来自于动力电池，通过加热循环流动的冷却液来提升车厢内的空气温度、维持电池温度或者为其它用途提供热源。但是上述PTC液体电散热器存在以下缺点：PTC材料的阻值会随着加热区域温度升高而增加，这样就会出现在等同电压条件下，不能恒功率加热的问题，而且PTC散热器存在易衰减老化的问题，在散热器长时间运行后，PTC加热元件的功率输出会出现很大程度上的衰减现象，这对其工作效率极其不利，此外，控温在120℃左右的PTC电热元件都含有重金属铅，其无法满足对环保和健康方面的要求。
新能源电动汽车的另一种供暖方式是热泵加热，所谓热泵加热是指在电动压缩机制冷回路的基础上，增加电磁阀机构控制制冷剂流向，并通过蒸发冷凝器从周围环境中吸收热量，然后由内部冷凝器向车厢内释放热量，使车厢内温度升高，满足除雾除霜的需求并为驾驶者和乘客提供舒适的环境，但是这种供暖方式中，电动压缩机、内部冷凝器、蒸发冷凝器、制冷管路用电磁阀等核心零部件技术尚不成熟，热泵系统结构比较复杂，零部件数量多，发动机舱布置困难，成本增加很多，开发周期长，而且，随着环境温度的降低，热泵系统的能效比COP值(制冷效率)会有所下降，因此，热泵加热方式受温度范围限制较大。
发明内容
为此，本发明正是要解决上述技术问题，从而提出一种可恒功率加热、电热转化效率高、安全性能好，电热转化效率、功率密度高、占用空间小、质量轻、成本低廉、环境友好的新能源汽车用水暖式电加热系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供一种新能源汽车用水暖式电加热系统，包括散热器，所述散热器底部设置有加热元件，用于对散热器内部的循环冷却液进行加热，所述加热元件包括沿远离所述散热器的方向顺次设置的第一绝缘层、电阻加热层、电极层和第二绝缘层，所述散热器侧壁设置有进液管、出液管和高/低压插接件，所述散热器内部设置有循环液体流道。
作为优选，所述散热器顶部设置有PCBA控制板，所述PCBA控制板与所述散热器之间还设置有密封层。
作为优选，所述散热器底部具有相互分隔的加热区和控制区，所述控制区内设置有温度控制器和限流电阻，所述温度控制器、限流电阻分别与所述PCBA控制板连接。
作为优选，所述PCBA控制板顶部设置有散热器顶盖，所述第二绝缘层底部设置有散热器底盖，所述第二绝缘层与所述散热器底盖之间设置有绝缘隔热层。
作为优选，所述第一绝缘层为陶瓷绝缘层，所述第二绝缘层为无铅绝缘层。
作为优选，所述电阻加热层由银钯、银钌或金银电阻浆料制成；所述电极层由银、银钯或银铂导电浆料制成。
作为优选，所述第一绝缘层由介质浆料经120-180℃下烘干、300-450℃下排胶和500-600℃下烧结制得；所述电阻加热层由银钯、银钌或金银电阻浆料经120-180℃下烘干、300-450℃下排胶和450-600℃下烧结制得；所述电极层由银、银钯或银铂导电浆料经120-180℃下烘干、300-450℃下排胶和450-600℃下烧结制得；所述第二绝缘层由包封浆料经120-180℃下烘干、300-450℃下排胶和450-600℃下烧结制得。
作为优选，所述散热器的材质为铸造合金，所述散热器顶盖、散热器底盖的材质为防锈铝合金，所述密封层和绝缘隔热层材质为硅胶。
作为优选，所述PCBA控制板的控制电路中包括具有脉冲宽度调制模块的单片机和大功率驱动电路，所述单片机通过总线与新能源汽车空调控制系统、除雾除霜系统和动力电池保温系统连接。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的新能源汽车用水暖式电加热系统，包括散热器，所述散热器底部设置有加热元件，用于对散热器内部的循环冷却液进行加热，所述加热元件包括沿远离所述散热器的方向顺次设置的第一绝缘层、电阻加热层、电极层和第二绝缘层，所述散热器侧壁设置有进液管、出液管和高/低压插接件，所述散热器内部设置有循环液体流道。该加热系统采用180-450V的直流高电压车载电力系统替代传统低电压车载电力系统(如24V)，电力来源于动力电池，加热元件设置于散热器底部，其可对散热器内的循环冷却液直接加热，由电能转换到热能几乎零损耗，且转换速度快、效率高，为空调供暖系统、除雾除霜系统和动力电池保温系统提供了反应更快、启动时间更短、更持续、更可靠的热源，有效降低了电流强度，使得电加热系统具有更高、更稳定的功率和热输出。
(2)本发明所述的新能源汽车用水暖式电加热系统，散热器顶部设置有PCBA控制板，底部设置有加热元件，实现了加热介质与电的分离，该电加热系统还具有高的击穿电压可达2500V，不小于300MΩ的高绝缘电阻，具有极高的安全性能。
(3)本发明所述的新能源汽车用水暖式电加热系统，所述第一绝缘层为陶瓷绝缘层；所述电阻加热层由银钯、银钌或金银电阻浆料制成；所述电极层由银、银钯或银铂导电浆料制成；所述第二绝缘层为无铅绝缘层，上述功能层层叠印刷与散热器底部，采用的材料为无铅、软化点低、热膨胀系数高的物质，避免了铅在研发、使用及废弃后对环境、人体造成伤害，复合环保要求。
(4)本发明所述的新能源汽车用水暖式电加热系统，具有安全性能高、恒功率加热、电热转化效率高、热传导效率高、占用体积小、质量轻，环境友好等优点，可以直接集成到新能源车辆的冷却液循环系统中，为空调供暖系统、除雾除霜系统和动力电池保温系统提供热源，不但可以提高车厢的舒适度，同时确保除雾除霜功能、以及动力电池在极低温度下的充放电，提高新能源汽车的巡航里程和续航能力。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明实施例所述的新能源汽车用水暖式电加热系统的结构示意图；
图中附图标记表示为：1-散热器；2-第一绝缘层；3-电阻加热层；4-电极层；5-第二绝缘层；6-进液管；7-出液管；8-PCBA控制板；9-密封层；10-散热器顶盖；11-散热器底盖；12-绝缘隔热层；13-高低压插接件。
本发明可以以多种不同的形式实施，不应该理解为限于在此阐述的实施例，相反，提供这些实施例，使得本公开是彻底和完整的，并将本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大各装置的尺寸和相对尺寸。本发明说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种新能源汽车用水暖式电加热系统，其可直接集成于新能源汽车的冷却液循环系统中，为空调供暖系统、除雾除霜系统和动力电池保温系统提供热源，所述加热系统的结构如图1所示，其包括一散热器1，所述散热器1底部设置有加热元件，可以对位于散热器1内部的循环冷却液进行加热，所述散热元件包括沿远离所述散热器1的方向顺次设置的第一绝缘层2、电阻加热层3、电极层4和第二绝缘层5，所述散热器1侧壁设置有与散热器1内部连通的进液管6、出液管7，还设置有高/低压插接件13，所述散热器1内部设置S型循环液体流道，所述散热器1采用AlSiMg(Fe)系列铸造铝合金，冷却液在散热器1内部的流量为10L/min。本实施例所述的水暖式电加热系统由散热器1底部的电阻加热层3对散热器1内的循环流体加热，受热面积大，升温速度快，解决了传统加热系统因流量变化产生加热不均、快慢不一的问题。
本实施例中，所述第一绝缘层2为陶瓷绝缘层，其由无铅、低软化点、高热膨胀系数的玻璃粉与有机载体制备的介质浆料，通过280目不锈钢丝网印刷，然后依次经过120℃下烘干处理、300℃下排胶处理和500℃下烧结处理制得，所述第一绝缘层2与所述散热器1底面具有强结合力，可有效防止电阻加热层3和导电层在烧结过程中向陶瓷绝缘层扩散和渗透，有效提高了该水暖式电加热系统的安全性和加热稳定性。
所述电阻加热层3由无铅、低软化点、高热膨胀系数的玻璃粉与银粉、二氧化钌粉和有机载体制得的银钌电阻浆料经120℃烘干处理、300℃排胶处理和450℃烧结处理制得，避免了因热膨胀系数不匹配而造成的电阻加热层3开裂和发热元件在烧结过程中变形的问题，还使得烧结后的电阻加热层3的方阻偏差≤15％，重烧变化率≤5％，电阻温度系数≤300×10-6/℃。
所述电极层4由无铅、低软化点、高热膨胀系数的玻璃粉与银粉、钯粉和有机载体制备的银钯导电浆料经120℃下烘干处理、300℃下排胶处理和450℃下烧结处理制得，其具有强附着力、低接触电阻以及优良的可焊性和耐焊性。
所述第二绝缘层5由无铅、低软化点、高热膨胀系数的玻璃粉与有机载体制备的浆料经120℃下烘干处理、300℃下排胶处理和450℃下烧结处理制得，其具有附着力强、光滑致密、绝缘性良好、耐腐蚀性和导热性能优异等优点。
进一步地，所述散热器1顶部设置有PCBA控制板8，所述PCBA控制板8与所述散热器1之间还设置有硅胶材质的密封层9，所述PCBA控制板8顶部设置有散热器顶盖10，所述第二绝缘层5底部设置有散热器底盖11，所述第二绝缘层5与所述散热器底盖11之间设置有硅胶材质的绝缘隔热层12，所述顶盖10、底盖11均为AlMg3型防锈铝材质。
所述散热器1底面具有相互分隔的加热区和控制区，所述第一绝缘层2、电阻加热层3、电极层4和第二绝缘层5依次印刷烧结于所述加热区，形成厚度仅为0.2-0.4mm的加热元件。所述控制区内设置有温度控制器和限流电阻，用于监控散热器1底部电阻加热层3的温度和通过电阻加热层3的电流。
所述PCBA控制板的控制电路中包括具有脉冲宽度调制模块的单片机(MCU)和大功率驱动电路(IGBT)，所述单片机通过总线(LIN)与新能源汽车空调控制系统、除雾除霜系统和电池保温系统连接。
本实施例所述的新能源汽车用水暖式电加热系统，其采用180V-450V的直流高电压车载电气系统，本实施例输入电源电压为345V，所需电力来源于动力电池，不但有效降低了电流强度，同时使得电加热系统具有更高的功率(5KW±5％)和热输出。
本实施例所述的新能源汽车用水暖式电加热系统的主要性能指标如表1所示：
表1
实施例2
本实施例提供一种新能源汽车用水暖式电加热系统，其可直接集成于新能源汽车的冷却液循环系统中，为空调供暖系统、除雾除霜系统和动力电池保温系统提供热源，所述加热系统的结构如图1所示，其包括一散热器1，所述散热器1底部设置有加热元件，可以对位于散热器1内部的循环冷却液进行加热，所述加热元件包括沿远离所述散热器1的方向顺次设置的第一绝缘层2、电阻加热层3、电极层4和第二绝缘层5，所述散热器1侧壁设置有与散热器内部连通的进液管6、出液管7，所述散热器1侧壁还设置有高/低压插接件13，所述散热器1内部设置S型循环液体流道，所述散热器1采用AlSiMg(Fe)系列铸造铝合金，冷却液在散热器1内部的流量为10L/min。本实施例所述的水暖式电加热系统由散热器1底部的电阻加热层3对散热器1内的循环流体加热，受热面积大，升温速度快，解决了传统加热系统因流量变化产生加热不均、快慢不一的问题。
本实施例中，所述第一绝缘层2为陶瓷绝缘层，其由无铅、低软化点、高热膨胀系数的玻璃粉与有机载体制备的介质浆料，通过280目不锈钢丝网印刷，然后依次经过150℃下烘干处理、400℃下排胶处理和550℃下烧结处理制得，所述第一绝缘层2与所述散热器1底面具有强结合力，可有效防止电阻加热层3和导电层在烧结过程中向陶瓷绝缘层扩散和渗透，有效提高了该水暖式电加热系统的安全性和加热稳定性。
所述电阻加热层3由无铅、低软化点、高热膨胀系数的玻璃粉与银粉、钯粉和有机载体制得的银钯电阻浆料经150℃烘干处理、400℃排胶处理和550℃烧结处理制得，避免了因热膨胀系数不匹配而造成的电阻加热层3开裂和发热元件在烧结过程中变形的问题，还使得烧结后的电阻加热层3的方阻偏差≤15％，重烧变化率≤5％，电阻温度系数≤300×10-6/℃。
所述电极层4由无铅、低软化点、高热膨胀系数的玻璃粉与银粉和有机载体制备的银导电浆料经150℃下烘干处理、400℃下排胶处理和550℃下烧结处理制得，其具有强附着力、低接触电阻以及优良的可焊性和耐焊性。
所述第二绝缘层5由无铅、低软化点、高热膨胀系数的玻璃粉与有机载体制备的浆料经150℃下烘干处理、400℃下排胶处理和550℃下烧结处理制得，其具有附着力强、光滑致密、绝缘性良好、耐腐蚀性和导热性能优异等优点。
进一步地，所述散热器1顶部设置有PCBA控制板8，所述PCBA控制板8与所述散热器1之间还设置有硅胶密封层9，所述PCBA控制板8顶部设置有散热器顶盖10，所述第二绝缘层5底部设置有散热器底盖11，所述第二绝缘层5与所述散热器底盖11之间设置有硅胶绝缘隔热层12，所述顶盖10、底盖11均为AlMg3型防锈铝。
所述散热器1底面具有相互分隔的加热区和控制区，所述第一绝缘层2、电阻加热层3、电极层4和第二绝缘层5依次印刷烧结于所述加热区，形成厚度仅为0.2-0.4mm的加热元件。所述控制区内设置有温度控制器和限流电阻，所述温度控制器器、限流电阻分别与所述PCBA控制板8连接，用于监控散热器1底部电阻加热层3的温度和通过电阻加热层3的电流。
所述PCBA控制板的控制电路中包括具有脉冲宽度调制模块的单片机
(MCU)和大功率驱动电路(IGBT)，所述单片机通过总线(LIN)与新能源汽车空调控制系统、除雾除霜系统和电池保温系统连接。
实施例3
本实施例提供一种新能源汽车用水暖式电加热系统，其可直接集成于新能源汽车的冷却液循环系统中，为空调供暖系统、除雾除霜系统和动力电池保温系统提供热源，所述加热系统的结构如图1所示，其包括一散热器1，所述散热器1底部设置有加热元件，可以对位于散热器1内部的循环冷却液进行加热，所述加热元件包括沿远离所述散热器1的方向顺次设置的第一绝缘层2、电阻加热层3、电极层4和第二绝缘层5，所述散热器1侧壁设置有进液管6、出液管7和高/低压插接件13，所述散热器1内部设置S型循环液体流道，所述散热器1采用AlSiMg(Fe)系列铸造铝合金，冷却液在散热器1内部的流量为10L/min。本实施例所述的水暖式电加热系统由散热器1底部的电阻加热层3对散热器1内的循环流体加热，受热面积大，升温速度快，解决了传统加热系统因流量变化产生加热不均、快慢不一的问题。
本实施例中，所述第一绝缘层2为陶瓷绝缘层，其由无铅、低软化点、高热膨胀系数的玻璃粉与有机载体制备的介质浆料，通过280目不锈钢丝网印刷，然后依次经过180℃下烘干处理、450℃下排胶处理和600℃下烧结处理制得，所述第一绝缘层2与所述散热器1底面具有强结合力，可有效防止电阻加热层3和导电层在烧结过程中向陶瓷绝缘层扩散和渗透，有效提高了该水暖式电加热系统的安全性和加热稳定性。
所述电阻加热层3由无铅、低软化点、高热膨胀系数的玻璃粉与银粉、金粉和有机载体制得的金银电阻浆料经180℃烘干处理、450℃排胶处理和600℃烧结处理制得，避免了因热膨胀系数不匹配而造成的电阻加热层3开裂和发热元件在烧结过程中变形的问题，还使得烧结后的电阻加热层3的方阻偏差≤15％，重烧变化率≤5％，电阻温度系数≤300×10-6/℃。
所述电极层4由无铅、低软化点、高热膨胀系数的玻璃粉与银粉、铂粉和有机载体制备的银铂导电浆料经180℃下烘干处理、450℃下排胶处理和600℃下烧结处理制得，其具有强附着力、低接触电阻以及优良的可焊性和耐焊性。
所述第二绝缘层5由无铅、低软化点、高热膨胀系数的玻璃粉与有机载体制备的浆料经180℃下烘干处理、450℃下排胶处理和600℃下烧结处理制得，其具有附着力强、光滑致密、绝缘性良好、耐腐蚀性和导热性能优异等优点。
进一步地，所述散热器1顶部设置有PCBA控制板8，所述PCBA控制板8与所述散热器1之间还设置有硅胶密封层9，所述PCBA控制板8顶部设置有散热器顶盖10，所述第二绝缘层5底部设置有散热器底盖11，所述第二绝缘层5与所述散热器底盖11之间设置有硅胶绝缘隔热层12，所述顶盖10、底盖11均为AlMg3型防锈铝。
所述散热器1底面具有相互分隔的加热区和控制区，所述第一绝缘层2、电阻加热层3、电极层4和第二绝缘层5依次印刷烧结于所述加热区，形成厚度仅为0.2-0.4mm的加热元件。所述控制区内设置有温度控制器和限流电阻，所述温度控制器、限流电阻分别与所述PCBA控制板8连接，用于监控散热器1底部电阻加热层3的温度和通过电阻加热层3的电流。
所述PCBA控制板的控制电路中包括具有脉冲宽度调制模块的单片机(MCU)和大功率驱动电路(IGBT)，所述单片机通过总线(LIN)与新能源汽车空调控制系统、除雾除霜系统和电池保温系统连接。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种新能源汽车用水暖式电加热系统，其特征在于，包括散热器，所述散热器底部设置有加热元件，用于对散热器内部的循环冷却液进行加热，所述加热元件包括沿远离所述散热器的方向顺次设置的第一绝缘层、电阻加热层、电极层和第二绝缘层，所述散热器侧壁设置有进液管、出液管和高/低压插接件，所述散热器内部设置有循环液体流道。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车用水暖式电加热系统，其特征在于，所述散热器顶部设置有PCBA控制板，所述PCBA控制板与所述散热器之间还设置有密封层。
3.根据权利要求2所述的新能源汽车用水暖式电加热系统，其特征在于，所述散热器底部具有相互分隔的加热区和控制区，所述控制区内设置有温度控制器和限流电阻，所述温度控制器、限流电阻分别与所述PCBA控制板连接。
4.根据权利要求3所述的新能源汽车用水暖式电加热系统，其特征在于，所述PCBA控制板顶部设置有散热器顶盖，所述第二绝缘层底部设置有散热器底盖，所述第二绝缘层与所述散热器底盖之间设置有绝缘隔热层。
5.根据权利要求4所述的新能源汽车用水暖式电加热系统，其特征在于，所述第一绝缘层为陶瓷绝缘层，所述第二绝缘层为无铅绝缘层。
6.根据权利要求5所述的新能源汽车用水暖式电加热系统，其特征在于，所述电阻加热层由银钯、银钌或金银电阻浆料制成；所述电极层由银、银钯或银铂导电浆料制成。
7.根据权利要求6所述的新能源汽车用水暖式电加热系统，其特征在于，所述第一绝缘层由介质浆料经120-180℃下烘干、300-450℃下排胶和500-600℃下烧结制得；所述电阻加热层由银钯、银钌或金银电阻浆料经120-180℃下烘干、300-450℃下排胶和450-600℃下烧结制得；所述电极层由银、银钯或银铂导电浆料经120-180℃下烘干、300-450℃下排胶和450-600℃下烧结制得；所述第二绝缘层由包封浆料经120-180℃下烘干、300-450℃下排胶和450-600℃下烧结制得。
8.根据权利要求7所述的新能源汽车用水暖式电加热系统，其特征在于，所述散热器的材质为铸造合金，所述散热器顶盖、散热器底盖的材质为防锈铝合金，所述密封层和绝缘隔热层材质为硅胶。
9.根据权利要求8所述的新能源汽车用水暖式电加热系统，其特征在于，所述PCBA控制板的控制电路中包括具有脉冲宽度调制模块的单片机和大功率驱动电路，所述单片机通过总线与新能源汽车空调控制系统、除雾除霜系统和动力电池保温系统连接。
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