CN108966386A - 一种能够电加热的前挡风玻璃 - Google Patents

Abstract

本发明涉及玻璃产品领域，特别是能够电加热的汽车玻璃，具体地提供一种能够电加热的前挡风玻璃，其包括第一弯曲玻璃板、第二弯曲玻璃板、中间层和透明导电膜，透明导电膜中设置有至少两个彼此电隔离的矩形加热区，矩形加热区与供电电压至少为42V的电源电连接，每个矩形加热区由两条平行的除膜线和两个汇流母线围成，汇流母线垂直于除膜线且与两条除膜线之间的透明导电膜直接电接触，汇流母线的长度小于或等于两条除膜线之间的距离。本发明能够满足供电电压至少为42V的加热需求，矩形加热区的温差可控制在1℃内，大幅提高了整体加热的均匀性，还能够有效控制除膜区域的热点问题，达到局部快速化霜的目的。

Description

一种能够电加热的前挡风玻璃

技术领域：

本发明涉及玻璃产品领域，特别是能够电加热的汽车玻璃，具体地提供一种能够电加热的前挡风玻璃。

背景技术：

在环境保护和能源危机的双重压力下，电动汽车成为未来汽车的发展方向已经越来越成为全社会的共识，电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通和安全法规各项要求的车辆。在传统燃油汽车上，对能够电加热的前挡风玻璃的供电电压大约为12～15V，为了保证满足除霜除雾需求的至少300W/㎡的加热功率密度，前挡风玻璃上设置的电加热元件往往具有较低的面电阻，特别是电加热元件为透明导电膜的，其面电阻可能小于1.7Ω/□，甚至小于1.0Ω/□；同时，传统的能够电加热的前挡风玻璃上的汇流母线分别设置在其顶部边缘和底部边缘，例如美国专利US6472636B1和US2007029299A1等，使得汇流母线之间的间距更小；具有这些面电阻较低以及汇流母线之间的间距更小的透明导电膜的前挡风玻璃不能直接用于电动汽车上，因为电动汽车的供电电压一般不小于42V，这样由于供电电压过高会使得面电阻较低的透明导电膜产生大于70℃以上的较高的热点，这是法规和相关汽车厂家的标准中不允许的；为了适应供电电压过高的情况，通常需要透明导电膜的面电阻大于5Ω/□甚至更高，从而无法选择更低的面电阻的技术方案，给透明导电膜的选择和设计带来了很多限制。

针对传统的面电阻较低的电加热元件不能适应较高供电电压的情况，有的采用增加逆变器的方式降低直接供电电压，例如专利CN101596899A公开了一种汽车除霜除雾系统，它包括电池模块，电池模块的输出端与除霜除雾开关的一端相连，除霜除雾开关的另一端与电加热丝相连，所述电池模块包括带能量管理系统的动力电池，带能量管理系统的动力电池的输出端与逆变器的一端连接，逆变器的另一端与蓄电池的输入端连接，蓄电池的输出端与电加热丝相连，通过逆变器把动力电池的高压电转化成储存在蓄电池中的低压电，这种方式存在着额外增加装置提高了成本以及浪费能源的缺点；也有的采用通过透明导电膜的结构设计增加电流路径的方式来适应较高的供电电压，例如专利CN102960053A公开了具有可电加热涂层的复合窗片，包括至少两个窗片和与窗片相互连接的中间层，以及在至少一个窗片的至少一个朝向中间层的侧上的至少一个透明的导电涂层，透明的导电涂层具有1欧姆/平方至10欧姆/平方的面电阻，以及具有n个凹口，其中n是≥2的整数，所述n个凹口将涂层分成多个区域，其中所述涂层区域彼此电串联连接，以及其中所述凹口被构成为，使得透明的导电涂层的电阻在由所述电压源提供的运行电压处于高于100V至400V的范围中、尤其是处于280V至400V的范围中时导致300W/m2至1000W/m2的加热功率，这种方式存在透明导电膜的结构设计复杂且供电电压过高容易产生危险等缺点；为了使危险的高电压运行安全，需要增加特殊的安全预防措施，专利CN103582561A公开了一种复合片材，包括第一片材、至少一个中间层和第二片材，在中间层与第一片材之间和/或在中间层与第二片材之间设置透明、导电的第一涂层，第一汇集导体和第二汇集导体与第一涂层连接，并且第一汇集导体与地电位连接，以及第二汇集导体与75V至450V的直流电压或25V至450V的交流电压连接，其中第一涂层的面和透明、导电的第二涂层的面至少80％重合地相叠并且彼此绝缘地布置，以及第二涂层经由至少一个第三汇集导体与地电位连接；这种方式为了在用高电压运行时减小电流流过人体的可能性，增设与第一涂层电绝缘地布置的第二涂层，第一汇集导体与地电位连接，第二涂层经由至少一个第三汇集导体与地电位连接，仍然存在结构设计复杂且额外增加装置提高了成本等缺点。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的前挡风玻璃无法用于供电电压大于或等于42V的车辆以及存在结构设计复杂、提高了成本甚至产生危险等缺点，提供一种能够电加热的前挡风玻璃。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种能够电加热的前挡风玻璃，包括第一弯曲玻璃板、第二弯曲玻璃板、中间层和透明导电膜，所述中间层夹设在第一弯曲玻璃板和第二弯曲玻璃板之间，所述透明导电膜沉积在第一弯曲玻璃板与中间层接触的第一表面或第二弯曲玻璃板与中间层接触的第二表面；其特征在于：所述透明导电膜中设置有至少两个彼此电隔离的矩形加热区，所述矩形加热区与供电电压至少为42V的电源电连接，每个矩形加热区由两条平行的除膜线和两个汇流母线围成，所述除膜线从所述前挡风玻璃的一侧边向另一侧边延伸，两个汇流母线分别设置在所述除膜线的两端，所述汇流母线垂直于所述除膜线且与两条除膜线之间的透明导电膜直接电接触，所述汇流母线的长度小于或等于两条除膜线之间的距离。

进一步地，每个矩形加热区的两条除膜线是等长的。更进一步地，每个矩形加热区的至少一个汇流母线的外侧边与同侧的除膜线的末端平齐，两个汇流母线的内侧边位于两条除膜线之间。

进一步地，每个矩形加热区的两条除膜线中的一条除膜线的长度大于另一条除膜线的长度。更进一步地，至少一个汇流母线的外侧边与同侧的较短的一条除膜线的末端平齐，两个汇流母线的内侧边位于两条除膜线之间。更进一步地，两个汇流母线的外侧边分别位于同侧两条除膜线的末端的内侧，两个汇流母线的内侧边位于两条除膜线之间。

进一步地，相邻两个矩形加热区之间的间距为1～30mm。

进一步地，所述透明导电膜包含至少一个银层或包含ITO、AZO、ATO、IZO、GZO、IGZO、IMO和LaNiO₃中的至少一种。

进一步地，在每个矩形加热区的至少一端串联分压电阻，所述分压电阻的一端与同侧的汇流母线电连接，另一端与所述电源电连接，所述分压电阻位于第一表面和第二表面之间。

更进一步地，分压电压的电阻R6＝(Lmax-L)*R_□/W，其中Lmax为具有在电流方向上的最长长度的矩形加热区的长度，L为所要增设分压电阻的矩形加热区在电流方向上的长度，W为所要增设分压电阻的矩形加热区在垂直于电流方向上的宽度，R_□为透明导电膜的面电阻。

更进一步地，所述分压电阻由至少两个附加电阻串联或并联构成。

更进一步地，所述分压电阻为金属丝、金属箔、银浆线、银浆块或电阻元件。

进一步地，在所述透明导电膜中设置至少一个除膜区域，至少一个除膜区域的至少部分位于矩形加热区内。

更进一步地，至少部分位于矩形加热区内的除膜区域的一侧还设置有弧形除膜线，所述弧形除膜线的弯曲方向与矩形加热区内的电流传输方向相反。

优选地，所述弧形除膜线的两端之间的距离大于或等于对应的除膜区域在垂直于矩形加热区内的电流传输方向的方向上的最大宽度。

优选地，所述除膜区域的形状为矩形、梯形、菱形、六边形、八边形、十边形、圆形或椭圆形，所述弧形除膜线的形状为半圆形或半椭圆形。

本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：

本发明采用的能够电加热的前挡风玻璃，能够明显增加汇流母线之间的距离，满足供电电压至少为42V的加热需求，同时矩形加热区的温差可控制在1℃内，大幅提高了整体加热的均匀性，还能够有效控制除膜区域的热点问题；矩形加热区的功率密度最大可达到2000w/m²，从而达到局部快速化霜的目的。

附图说明：

图1为本发明所述的前挡风玻璃的俯视示意图；

图2为本发明所述的前挡风玻璃的局部剖视图；

图3为本发明所述的矩形加热区的两条除膜线不是等长的结构示意图；

图4为本发明所述的矩形加热区的两条除膜线不是等长的另一结构示意图；

图5为本发明所述的附加电阻并联的示意图；

图6为本发明所述的附加电阻串联的示意图；

图7为本发明所述的除膜区域位于一个矩形加热区内的示意图；

图8为本发明所述的除膜区域位于两个矩形加热区内的示意图。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明的内容作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明所述的一种能够电加热的前挡风玻璃，包括第一弯曲玻璃板1、第二弯曲玻璃板2、中间层3和透明导电膜4，所述中间层3夹设在第一弯曲玻璃板1和第二弯曲玻璃板2之间，所述透明导电膜4沉积在第一弯曲玻璃板1与中间层3接触的第一表面11或第二弯曲玻璃板2与中间层3接触的第二表面12；其特征在于：所述透明导电膜4中设置有至少两个彼此电隔离的矩形加热区5，所述矩形加热区5与供电电压至少为42V的电源(未示出)电连接，具体地，所述矩形加热区5通过至少两根电极引线100分别与所述电源的正负极连接。这样通过设置多个矩形加热区5，可以保证前挡风玻璃上的各加热区均具有更均匀的加热结果；同时，此种设计结构简单，便于实际生产制造。

为了便于说明，本发明所述的前挡风玻璃具有顶边、底边和两侧边，顶边对应图1所示的上边，也对应于前挡风玻璃安装到汽车上后的靠近汽车顶部的一边；底边对应图1所示的下边，也对应于前挡风玻璃安装到汽车上后的靠近雨刮器的一边；两侧边对应图1所示的两个侧边，也对应于前挡风玻璃安装到汽车上后在行驶方向两侧的两边。

在本发明中，每个矩形加热区5由两条平行的除膜线51和两个汇流母线52围成，所述除膜线51从所述前挡风玻璃的一侧边向另一侧边延伸，两个汇流母线52分别设置在所述除膜线51的两端，所述汇流母线52垂直于所述除膜线51且与两条除膜线51之间的透明导电膜直接电接触，所述汇流母线52的长度小于或等于两条除膜线51之间的距离；这样以来，通过两条除膜线51将两条除膜线51之间的透明导电膜与其他部分的透明导电膜4隔离，通过两个汇流母线52向两条除膜线51之间的透明导电膜施加电压，电流在两条除膜线51之间的透明导电膜中沿着电流传输方向101从一个汇流母线52流向另一个汇流母线52，从而使两条除膜线51和两个汇流母线52之间的透明导电膜形成矩形加热区5，进而实现加热以除霜除雾等效果。其中，所述汇流母线52的长度可以小于两条除膜线51之间的距离，同时所述汇流母线52的长度大于或等于两条除膜线51之间的距离的90％。

具体地，图1示出了每个矩形加热区5的两条除膜线51是等长的，图3和图4则示出了至少一个矩形加热区5的两条除膜线51不是等长的，也就是说其中一条除膜线51的长度大于另一条除膜线51的长度；相应地，在图1中，每个矩形加热区5的至少一个汇流母线52的外侧边53与同侧的除膜线51的末端平齐，两个汇流母线52的内侧边54位于两条除膜线51之间，这种末端平齐的结构可以使更易定位汇流母线52的布置位置，从而简化生产工艺和保证产品质量；在图3中，至少一个汇流母线52的外侧边53与同侧的较短的一条除膜线51的末端平齐，两个汇流母线52的内侧边54位于两条除膜线51之间；在图4中，两个汇流母线52的外侧边53分别位于同侧两条除膜线51的末端的内侧，两个汇流母线52的内侧边54位于两条除膜线51之间，这样使得两条除膜线51的末端均伸出到同侧的汇流母线52的外侧边53之外；图3和图4的布置结构可以使更易定位除膜线51的相对位置，从而避免除膜位置发生偏差的情况。

在图1中，本发明在所述透明导电膜4中设置了五个矩形加热区5，即加热区Ⅰ、加热区Ⅱ、加热区Ⅲ、加热区Ⅳ和加热区Ⅴ，图示中的各加热区的长度、宽度以及间距仅为清楚表示，不代表实际数据。同时，可以理解的是，不限于此，在所述透明导电膜4中还可以设置两个、三个、四个、六个、八个甚至更多个矩形加热区5，具体设置数量根据实际情况进行设计。优选地，相邻两个矩形加热区5之间的间距为1～30mm，从而可以有效地对相邻两个矩形加热区5之间的非导电区进行传导加热，从而有效地除霜除雾。

其中，所述中间层3一般选择热塑性聚合物材料，在加热固化后呈透明状并且有良好的密封性能，优选聚乙烯缩丁醛(PVB)或乙烯-醋酸乙烯共聚物。

其中，所述透明导电膜4优选采用银基镀膜，即其包含至少一个银层，比如包含一个银层(单银)、两个银层(双银)、三个银层(三银)等情况；不同数量的银层一般具有不同的面电阻范围，所述矩形加热区5的功率密度最大可达到2000w/m²，这样可以达到局部快速化霜的目的。具体地，矩形加热区5的功率密度计算公式为ρ＝U²/(R_□*L²)，其中ρ为功率密度，U为电源电压，R_□为透明导电膜4的面电阻，L为矩形加热区5在电流方向上的长度，根据该公式可以计算矩形加热区5的最小功率密度ρmin，例如U＝48V，R_□＝2.0Ω/□，L＝1200mm，此时ρmin＝800w/m²；同样地，图1示出了五个矩形加热区5，加热区Ⅰ、加热区Ⅱ、加热区Ⅲ、加热区Ⅳ和加热区Ⅴ在电流方向上的长度分别为L1、L2、L3、L4和L5，则它们的功率密度比值为ρ1：ρ2：ρ3：ρ4:ρ5＝(1/L1²):(1/L2²):(1/L3²):(1/L4²):(1/L5²)。

当然，所述透明导电膜4也可以采用透明导电氧化物镀膜，即其包含ITO、AZO、ATO、IZO、GZO、IGZO、IMO和LaNiO₃中的至少一种。具体地，ITO为氧化铟掺锡(In₂O₃:Sn)的缩写，AZO为氧化锌掺铝(ZnO:Al)的缩写，ATO为氧化锡掺锑(SnO₂:Sb)的缩写，IZO为氧化铟掺锌(In₂O₃:Zn)的缩写，GZO为氧化锌掺镓(ZnO:Ga)的缩写，IGZO为铟镓锌氧化物(indiumgallium zinc oxide)的缩写，IMO为氧化铟掺钼(In₂O₃:Mo)的缩写，LaNiO₃为镍酸镧。

如图1、图5和图6所示，在每个矩形加热区5的至少一端串联分压电阻6，所述分压电阻6的一端与同侧的汇流母线52电连接，另一端与所述电源电连接，所述分压电阻6位于第一表面11和第二表面12之间；具体地，另一端通过电极引线100与所述电源电连接；这样可以有效实现不同矩形加热区的功率密度达到一致，达到整体加热均匀的效果。具体地，在确定具有在电流方向上的最长长度的矩形加热区5的最小功率密度后，为其他矩形加热区5分别配置分压电阻6，分压电压6的电阻R6＝(Lmax-L)*R_□/W，其中Lmax为具有在电流方向上的最长长度的矩形加热区5的长度，L为所要增设分压电阻6的矩形加热区在电流方向上的长度，W为所要增设分压电阻6的矩形加热区在垂直于电流方向上的宽度，R_□为透明导电膜4的面电阻；可以理解的是，上述公式算出的是总的分压电阻的阻值，也就是说，当只有矩形加热区5的一端串联分压电阻6时，分压电阻6的电阻为R6；当矩形加热区5的两端均串联分压电阻6时，两个分压电阻6的总电阻为R6；例如U＝48V，R_□＝2.0Ω/□，L＝1200mm，此时ρmin＝800w/m²，为了使其他矩形加热区5的功率密度也为800w/m²，以L＝1000mm，W＝200mm的矩形加热区5计算，此时需要串联的分压电阻为2Ω；这样以来，实现了电源的电压同时施加在分压电阻6和矩形加热区5上，满足供电电压至少为42V的要求，实现精确的分区均匀加热的调节。

优选地，所述分压电阻6由至少两个附加电阻61串联或并联构成，例如图5示出了在矩形加热区5的两端分别设置有三个并联的附加电阻61，并联电阻本身发热，使得边界加热范围更广；图6示出了在矩形加热区5的两端分别设置有三个串联的附加电阻61，这种方式生产过程操作更为简单易行。更具体地，所述分压电阻6为金属丝、金属箔、银浆线、银浆块或电阻元件；其中，金属丝可以为钨丝、铜线，镍铬合金或其它合金，金属箔可以为铜箔、铝箔或镍铬箔等，通常金属丝根据长度绕制后布置于分压电阻区域，金属箔通过切割成需要长度的多块后布置于分压电阻区域，银浆线或银浆块可以通过印刷等方式布置于分压电阻区域，电阻元件则为市售的电阻。

如图7和图8所示，为了满足车内外数据传输的要求，例如GPS信号、ETC信号以及各种传感器的数据等的，优选在所述透明导电膜4中设置至少一个除膜区域7，至少一个除膜区域7的至少部分位于矩形加热区5内，至少部分位于矩形加热区5内的除膜区域7的一侧还设置有弧形除膜线8，所述弧形除膜线8的弯曲方向与矩形加热区5内的电流传输方向101相反；这样既能够保证雨感器区域、摄像头区域、GPS区域、ETC区域等区域的信号数据的有效通过，又能够降低局部的热点。优选地，所述弧形除膜线8的两端之间的距离大于或等于对应的除膜区域7在垂直于矩形加热区5内的电流传输方向101的方向上的最大宽度；具体地，图7示出了矩形的除膜区域7位于矩形加热区5内，弧形除膜线8的两端之间的距离等于矩形的除膜区域7的宽度；图8示出了矩形的除膜区域7的至少一部分位于其中一个矩形加热区5中，至少另一部分位于相邻的另一个矩形加热区5中；所述除膜区域7中没有透明导电膜，除了矩形形状，还可以是梯形、菱形、六边形、八边形、十边形、圆形或椭圆形等；所述弧形除膜线8具体形状可以为半圆形或半椭圆形。

可以理解的是，本发明所述的前挡风玻璃除了能够应用于电动汽车上，满足供电电压至少为42V的加热需求；也可以应用于传统的燃油汽车上，这样就无需采用12～15V的供电电压，而是采用至少为42V的供电电压，提高了加热功率密度，从而提高除霜除雾的效率。

以上内容对本发明所述的一种能够电加热的前挡风玻璃进行了具体描述，但是本发明不受以上描述的具体实施方式内容的局限，所以凡依据本发明的技术要点进行的任何改进、等同修改和替换等，均属于本发明保护的范围。

Claims (16)

1.一种能够电加热的前挡风玻璃，包括第一弯曲玻璃板、第二弯曲玻璃板、中间层和透明导电膜，所述中间层夹设在第一弯曲玻璃板和第二弯曲玻璃板之间，所述透明导电膜沉积在第一弯曲玻璃板与中间层接触的第一表面或第二弯曲玻璃板与中间层接触的第二表面；其特征在于：所述透明导电膜中设置有至少两个彼此电隔离的矩形加热区，所述矩形加热区与供电电压至少为42V的电源电连接，每个矩形加热区由两条平行的除膜线和两个汇流母线围成，所述除膜线从所述前挡风玻璃的一侧边向另一侧边延伸，两个汇流母线分别设置在所述除膜线的两端，所述汇流母线垂直于所述除膜线且与两条除膜线之间的透明导电膜直接电接触，所述汇流母线的长度小于或等于两条除膜线之间的距离。

2.根据权利要求1所述的前挡风玻璃，其特征在于：每个矩形加热区的两条除膜线是等长的。

3.根据权利要求2所述的前挡风玻璃，其特征在于：每个矩形加热区的至少一个汇流母线的外侧边与同侧的除膜线的末端平齐，两个汇流母线的内侧边位于两条除膜线之间。

4.根据权利要求1所述的前挡风玻璃，其特征在于：每个矩形加热区的两条除膜线中的一条除膜线的长度大于另一条除膜线的长度。

5.根据权利要求4所述的前挡风玻璃，其特征在于：至少一个汇流母线的外侧边与同侧的较短的一条除膜线的末端平齐，两个汇流母线的内侧边位于两条除膜线之间。

6.根据权利要求4所述的前挡风玻璃，其特征在于：两个汇流母线的外侧边分别位于同侧两条除膜线的末端的内侧，两个汇流母线的内侧边位于两条除膜线之间。

7.根据权利要求1所述的前挡风玻璃，其特征在于：相邻两个矩形加热区之间的间距为1～30mm。

8.根据权利要求1所述的前挡风玻璃，其特征在于：所述透明导电膜包含至少一个银层或包含ITO、AZO、ATO、IZO、GZO、IGZO、IMO和LaNiO₃中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的前挡风玻璃，其特征在于：在每个矩形加热区的至少一端串联分压电阻，所述分压电阻的一端与同侧的汇流母线电连接，另一端与所述电源电连接，所述分压电阻位于第一表面和第二表面之间。

10.根据权利要求9所述的前挡风玻璃，其特征在于：分压电压的电阻R6＝(Lmax-L)*R_□/W，其中Lmax为具有在电流方向上的最长长度的矩形加热区的长度，L为所要增设分压电阻的矩形加热区在电流方向上的长度，W为所要增设分压电阻的矩形加热区在垂直于电流方向上的宽度，R_□为透明导电膜的面电阻。

11.根据权利要求9所述的前挡风玻璃，其特征在于：所述分压电阻由至少两个附加电阻串联或并联构成。

12.根据权利要求9所述的前挡风玻璃，其特征在于：所述分压电阻为金属丝、金属箔、银浆线、银浆块或电阻元件。

13.根据权利要求1所述的前挡风玻璃，其特征在于：在所述透明导电膜中设置至少一个除膜区域，至少一个除膜区域的至少部分位于矩形加热区内。

14.根据权利要求13所述的前挡风玻璃，其特征在于：至少部分位于矩形加热区内的除膜区域的一侧还设置有弧形除膜线，所述弧形除膜线的弯曲方向与矩形加热区内的电流传输方向相反。

15.根据权利要求14所述的前挡风玻璃，其特征在于：所述弧形除膜线的两端之间的距离大于或等于对应的除膜区域在垂直于矩形加热区内的电流传输方向的方向上的最大宽度。

16.根据权利要求14所述的前挡风玻璃，其特征在于：所述除膜区域的形状为矩形、梯形、菱形、六边形、八边形、十边形、圆形或椭圆形，所述弧形除膜线的形状为半圆形或半椭圆形。