CN114600554A - 电加热装置、特别是用于移动应用的电加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电加热装置、特别是用于移动应用的电加热装置，具有：基底和形成在所述基底上的加热导体层(12)，其中，加热导体层(12)被至少一个第一隔离中断(13)中断，第一隔离中断(13)将加热导体层(12)的至少一个第一层部(15)和至少一个第二层部(16)彼此分开，第一层部(15)在第一端(28)处连接到第一端子(29)、例如正极，第二层部(16)在第一端(34)处连接到第二端子(35)、例如负极，第一层部(15)在第二端(31)处连接到第二层部(16)并经由第二层部(16)连接到第二端子(35)。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于移动应用的电加热装置，并且涉及一种包括电加热装置的车辆、特别是机动车辆。
背景技术
WO 2013/186106 A1描述了一种用于机动车辆的电加热装置，其具有形成为基底上的导体轨道的加热电阻器。导体轨道是双线的并且在导体轨道向相反方向偏转的区域中设置有加宽的绝缘区域。加宽的绝缘区域旨在确保电流尽可能流过导体轨道的整个宽度，以避免在内部形成电流流动特别好的区域而在外边缘区域形成电流流动不良的区域。然而，在这方面已经发现，在导体轨道偏转的区域中仍然会出现比较高的温度。
发明内容
本发明的目的是提出一种电加热装置以及相应的车辆、特别是机动车辆，在其中实现了比较均匀的温度分布，其中电加热装置要紧凑且制造成本尽可能低。
该目的通过根据权利要求1的特别用于移动应用的电加热装置来实现。
特别地，该目的通过一种电加热装置、特别是用于移动应用、优选用于车辆、特别是机动车辆的电加热装置来实现，其具有：基底(特别是电绝缘的和/或至少相对于加热导体层是电绝缘的)和形成在基底上(特别是在主平面中)的(导电的)加热导体层，其中，加热导体层被至少第一隔离中断(特别是完全)中断，第一隔离中断将加热导体层的至少第一(导电)层部和第二(导电；特别是相邻地延伸，优选地至少相对于基底大致相同的高度延伸的)层部彼此分开，第一层部在第一端处(导电地)连接到第一(电)端子或极、例如正极，第二层部在第一端处(导电地)连接到第二(电)端子或极、例如负极，第一层部在第二端处连接到第二层部(可能经由连接部、特别是连接带)并且(至少，可能仅)经由该第二层部连接到第二端子或极。相应地，第二层部优选地(至少，可能仅)经由第一层部连接到第一端子或极。
本发明的核心概念是通过(第一)隔离中断将加热导体层的至少两个层部彼此分开并且相应地将它们互连或电连接(接触)而使得电流(特别是串联地)流动经由至少两个层部并且可以进行加热。在此，制造和特别是结构成本可以相对较低。偏转区域的(运行中)温度可以相对适中或没有显著增加(与其他区域相比)。总之，以简单的方式实现了有效且可靠运行的加热装置。
隔离中断特别是指防止或至少减少在彼此分开的对应区域或部之间的(直接的或通过隔离中断的)电流流动的中断。为此目的，隔离中断优选地是绝缘的或具有适当高的电阻。
(特定)隔离中断的电导率优选小于106S·m-1、更优选小于103S·m-1、更优选小于10-1S·m-1、更优选小于10-4S·m-1、更优选小于10-6S·m-1(在20℃)。
替代地或附加地，(特定)隔离中断的电导率优选地低于彼此分开的相关部的电导率、特别是相关部的电导率乘以0.5、优选乘以0.1、更优选乘以0.05(在20℃)。
替代地或附加地，(特定)隔离中断的电导率优选地低于电连接部、特别是连接带、例如铜带的电导率，特别是电连接部的电导率乘以0.5、优选乘以0.1、更优选乘以0.05(在20℃)。
优选地，加热导体层被至少一个第二隔离中断(特别是完全)中断，其中第二隔离中断将加热导体层的至少第三层部与至少第二层部分开。更优选地，第三层部在第一端处(导电地)连接到第一端子或极、例如正极。总之，因此可以实现特别有效但简单的结构化。
第三层部优选地(仅)经由第二层部连接到第二端子。
除非上下文另有说明，否则在本文中对连接的引用始终是指导电连接。
在一个具体实施例中，恰好有两个隔离中断，但也可以存在至少三个或至少四个隔离中断。在这方面，根据实施例，加热导体层可以精确地分成两层或三层，但如果需要也可以分成多于三层、特别是分成多于四层或多于五层(通过相应的隔离中断)。
根据该实施例，第一层部和第二层部(至少部分地)通过附加的或分离的导体、特别是线材和/或导电的(根据实施例非结构化的)带(金属带)彼此连接，其中，所述带也可以替代地被结构化。分离导体特别是指在结构上与加热导体层分离的导体、特别是(附加地)附接到加热导体层和/或附接到加热导体层上和/或与加热导体层相比具有增加(或减小)的厚度。特别优选的是金属带、更优选铜带(即，由铜或铜合金制成的金属带)。分离导体(特别是带)可以在(整个)加热导体层的一侧的至少50％、可能至少80％或(至少接近)100％上(或甚至超过该侧)延伸。分离导体(特别是带)的宽度优选地对应于加热导体层在分离导体(带)的宽度方向上的延伸的最多50％、更优选地最多10％。在具体实施例中，分离导体(特别是带)的长度至少是其宽度的3倍、优选地至少是其宽度的5倍。分离导体(特别是带)可以具有(至少基本上)矩形轮廓和/或两个(特别是平行的)纵向侧，其延伸过带的总长度的至少50％。
在实施例中，第一和第二端子或极(至少部分地)与被至少一个端子隔离中断分成至少两个分离的带部的第二(分离)导体、特别是(第二)线材和/或(第二)导电带、特别是公共带和/或带关联。
在实施例中，第二分离导体可以具有与第一分离导体类似的轮廓线。优选地，第二分离导体与第一分离导体的不同之处(至少或甚至仅)在于第二分离导体包括至少一个端子隔离中断(其将第二分离导体分成至少两个电隔离的带部)。
第二分离导体(除了端子隔离中断之外)可以具有关于第一分离导体所描述的几何形状或结构(即使第一分离导体不是根据这种几何形状形成或具有替代的几何形状)。同样，关于材料的选择，第二分离导体参考第一分离导体(即使第一分离导体没有上述可选地建议的材料选择)。总体而言，第二分离导体以简单的方式为各个层部提供端子。
在一个优选实施例中，至少一个端子隔离中断与(加热导体层的)至少一个隔离中断合并和/或对齐和/或布置在同一线上。在一个具体实施例中，(加热导体层的)每个隔离中断可以分别与第二分离导体(带)的相应端子隔离中断相关联。
在一个优选实施例中，第一和第二端子(极)布置在加热导体层的同一侧。加热导体层的一侧特别是指边缘侧(即，特别不是顶侧或底侧，而特别是从上方观察时(俯视图)的边缘侧)。边缘侧可以是一个(或可能两个)较短的侧(替代地可能是两个较长的侧之一)。
在一个具体实施例中，第一和第二分离导体可以布置在相反侧(在前一段的意义上)。
根据该实施例，至少一个隔离中断至少大致直线地延伸。至少基本上笔直的路线特别应理解为隔离中断在其整个长度上沿相同方向或可能沿(至少略微)彼此偏离的方向延伸，然而，其中最大偏离(在所有局部方向对中)优选不大于45°、优选不大于20°、更优选不大于10°。特别是，隔离中断的方向(相对于其路线)在任何点都不应相对于至少一个其他点(或那里的方向)成180°。这样，可以以简单的方式进行结构化。
在优选实施例中，加热导体层和/或第一和/或第二和/或第三层部是至少基本上矩形的。可以想到替代的几何形状(例如圆形、椭圆形或一般多边形)。
优选地，加热导体层覆盖至少80％的基底表面、更优选地覆盖至少85％的基底表面。在这种情况下，提供了相对良好的对可用基底表面的利用，并且各个轨道部分彼此之间的充分分离仍然是可能的。特别地，加热导体层可以覆盖小于95％的基底表面。
可以在隔离中断中设置电绝缘材料。替代地或附加地，隔离中断也可以由(例如，间隙状的)自由空间形成。
可以在加热导体层上形成至少一个另外的层、特别是绝缘层。
在实施例中，第二层部比第一和/或第三层部更宽、优选至少1.2倍宽、更优选至少1.5倍宽。如果第二层部形成用于两个加热回路的公共导电层部(例如，在第一层部和第三层部中彼此分开)，则这是特别有利的。
当前的层部中的至少两个层部(特别是第一和第二)，可能当前的层部中的所有层部(特别是第一、第二和第三)，可以布置在一个平面中、特别是在共同的平面表面上。替代地或附加地，当前的层部中的至少两个层部(特别是第一和第二)，可能当前的层部中的所有层部(特别是第一、第二和第三)，可以不布置在一个平面中、例如在非平面表面和/或在不同平面中(例如，如果提供四个或六个层部，其中每两个或分别每三个布置在不同平面上、特别是在不同基底上)。
通常，优选形成两个或更多个加热回路。各个的加热回路的不同优选地在于它们具有不与至少一个另外的加热回路相关联的至少一个层部(例如第一层部)。然而，这并不旨在排除另一个层部(例如第二层部)共同包含在两个加热回路中的可能性。在一个具体实施例中，电加热装置包括至少两个加热回路，其中第一层部仅与第一加热回路关联，第三层部仅与第二加热回路关联，而第二层部与两个加热回路都关联。加热回路特别是指从第一端子(极)延伸到第二端子(极)的电路。
至少一个隔离中断优选地从加热导体层的第一侧(边缘侧)延伸到其第二侧(边缘侧)、特别是完全地延伸穿过加热导体层。侧面(边缘侧面)优选地是相反的(边缘)侧面。
在一个具体实施例中，电加热装置是机动车辆加热装置。
上述目的特别是通过包括上述类型的电加热装置的车辆、特别是机动车辆进一步实现。
上述目的特别是通过上述电加热装置的制造方法进一步实现。
优选地，通过激光结构化产生至少一个隔离中断。替代地或附加地，可以通过(当施加加热层时)遮蔽至少一个遮蔽部来产生至少一个隔离中断。
在该方法的一个具体实施例中，至少一个隔离中断可以替代地或附加地由条形体、特别是线材产生，该条形体在生产期间被插入(并且随后再被移除)。
通常，加热层可以通过热喷涂来施加。
可以提供至少一个接触垫、特别是包含铜的接触垫用于电接触、例如每层部提供一个接触垫。接触垫优选地是接触部、例如圆形和/或卵形(特别是椭圆形)，其优选地从液态施加、例如通过滴落(焊接)施加。
端子带、优选地包括铜的端子带和/或至少一个连接带、优选地包括铜的连接带可以被热喷涂。
至少一个端子带、优选地包括铜的端子带和/或至少一个连接带、优选地包括铜的连接带可以连接到(该)至少一个接触垫、优选包括铜的接触垫。
总体而言，提出了一种电加热装置，该装置特别是可以有效地满足电动车辆(由于其日益普及)日益增长的需求。在过去，所谓的PTC加热元件主要用作这种移动应用的电加热装置，并且在具有内燃机的传统机动车辆的车载电源中存在的相对低的电源电压下运行。特别是在完全或部分电动驱动的现代车辆的情况下，需要能够利用这些车辆中提供的高压车载电源中存在的电源电压、例如在150伏到900伏之间的电压、甚至可能超过1,000伏的电压来电动地操作车辆。
在本上下文中，用于移动应用的加热装置被理解为设计用于在移动应用中使用并相应适配的加热装置。这特别是意味着其是可运输的(可能永久地安装在车辆中或仅仅为了运输而容纳在其中)并且不是专门为永久的、固定的使用、例如在建筑物的供暖系统的情况而设计的。加热装置的重量可以小于500kg、优选小于100kg、还更优选小于20kg。加热装置可能永久地安装在交通工具(陆地交通工具、船舶等)中、特别是陆地交通工具中。特别是，其可以设计用于加热交通工具内部、例如陆地、水上或空中交通工具的内部，以及(部分)开放空间、如可以在船舶上、特别是游艇上找到的开放空间。加热装置也可以(临时)以固定方式使用、例如在大型帐篷、容器(例如建筑容器)等中使用。特别是，电加热器可以设计用于移动应用，作为陆地车辆、例如大篷车、房车、公共汽车、客车等的停车加热器或辅助加热器。
基底可以具有平面或非平面(例如，拱形或弯曲)表面。通过隔离中断而彼此分开的(可能相邻地延伸的)层部优选地布置在相对于基底表面(至少基本上)均匀的高度处。
优选地，电绝缘材料布置在隔离中断中。除了隔离中断之外，电绝缘材料优选地还可以覆盖一个或多个加热导体轨道背离基底的表面。电绝缘材料可以特别优选地在形成一个或多个加热导体轨道之后沉积为层。电绝缘材料优选地一方面(比较好地)电绝缘，但另一方面(比较好地)导热。由于电绝缘材料，隔离中断的宽度可以保持相对较小，从而基底的可用表面可以有效地用于加热导体轨道。
根据其它的发展，在加热导体层上形成至少一个附加层。特别地，可以在加热导体层上形成多个层。优选地，绝缘层可以形成在加热导体层上并且还可以填充加热导体轨道的轨道部分之间的隔离中断。优选地，还可以在绝缘层上形成用于监测电加热装置功能的传感器层。绝缘层可以通过附加地绝缘导电区域来提供高度的安全性。
在一个具体实施例中，电加热装置是机动车辆加热装置。电加热装置特别是可以设计用于加热流体、例如用于加热车辆内部的空气或车辆的液体回路中的液体。
上述目的特别地通过将上述类型的电加热装置用于车辆、特别是机动车辆而进一步实现。
电加热装置的设计通常还具有在基底表面上不需要(或只需要很少)额外空间的优点，从而可以有效利用可用空间。总体而言，相对简单且成本有效的设计是可能的。
加热导体层优选地是平坦地沉积在基底上的层，并且如果需要，随后通过材料去除来结构化。这使得能够比较便宜地制造一个或多个加热导体轨道。加热导体层可以优选地通过热喷涂工艺施加到基底上，然后结构化(例如通过激光加工)。然而，原则上也可以考虑其他工艺、例如印刷工艺、铸造工艺等来形成加热导体层。同样，其他结构化方法也是可能的、例如蚀刻、机械去除、超声等。加热导体层优选地由导电的、特别是金属的材料制成。此外，加热导体层可以经由插入的、电绝缘的(并且可能有效地导热的)中间层与基底的材料分离。特别地，加热导体层例如可以由镍铬合金形成和/或可以通过氧化铝层与基底的材料分离。基底可以优选地具有比较好的导热性，特别是可以由金属制成。
加热导体层或特定层部可以优选具有5μm至30μm范围内的厚度(在垂直于基底的方向上)，特别是10μm至25μm范围内的厚度。
(特定)层部的宽度(或垂直于电流方向的延伸)可以是至少5mm、优选至少25mm和/或至多500mm、可能至多100mm。
在一个具体实施例中，电加热装置设计为高压加热器，其工作电压优选在150伏至900伏之间、更优选在200伏至600伏之间。然而，高达1,000伏以上的设计也是可能的。在这种情况下，可以特别有利地使用电加热装置、例如在电动或混合动力车辆中使用(不一定需要复杂的电压转换器)。
优选地，HV+和HV-电位通过结构化(通过隔离中断)分开。可以将薄铜层(特别是热喷涂的)施加到加热导体层上。原则上，具有例如两个加热回路的加热装置是可以想到的。然而，根据本发明的原理也适用于具有多于两个加热回路的加热装置(或加热元件)。
通常，结构化工作量相对较低(例如，每个加热装置或加热元件有两个激光轨道)。如有必要，可以为加热元件和带有导电带(铜带)的加热元件的激光系统使用一组相同的参数进行结构化。
任何偏转区域中的温度不一定显著升高(例如2倍)。
可能不需要额外的喷涂工艺，因为金属带(铜带)可以由与可选的接触垫相同的材料制成。
由于相对较短的结构化长度，可以对各个轨道(层部)本身进行遮蔽(例如，代替随后的激光结构化)。因此可以省略(可能更昂贵的)激光工艺。
例如，多个加热回路可以在生产期间通过线材彼此分离。
附图说明
在下文中，基于示例性实施例描述本发明，该示例性实施例参照附图被更详细地解释。在图中：
图1示出了根据本发明的电加热装置的示意性平面图。
在以下描述中，相同的附图标记用于相同和相似作用的部件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的加热装置的示意性平面图。
其具有加热导体层12，其可以布置在基底(未示出)上。加热导体层12通过隔离中断13、14被分为第一层部15、第二层部16和第三层部17。隔离中断13、14将相应的层部15、16或16、17彼此(完全)分开。然而，总体而言，层部15到17并未彼此完全分离，而是经由金属带18(铜带)彼此连接(导电)。
与带18相反地布置第二带(端子带)19(特别是金属的，优选地包括铜)。端子带19具有端子隔离中断20、21，其(分别)延续隔离中断13、14。这将带19分成三个带部22、23、24。带部23、24又通过第一极(特别是正极)彼此连接。带部23连接至第二极(例如负极)。还提供接触垫(例如包括铜)25、26、27用于电连接。
第一加热回路36由第一层部15和第二层部16形成。第二加热回路37由第三层部17和第二层部(公共层部)16形成。
带18优选地没有中断(隔离中断)。
带18和/或带19优选地(至少基本上)垂直于层部15、16、17延伸。
具体地，第一层部15的第一端28连接到第一端子29(或第一极29，例如正极，特别是HV+)。类似地，第三层部17的第一端30连接到第一端子(极)29。第一层部15的第二端31和第三层部17的第二端32各自(经由带18)连接到第二层部16的第二端33。第二层部16的第一端34连接到第二端子35(第二极，例如负极，特别是HV-)。
在这个意义上，特定端子(这在此特别适用于端子29)不必一体地或连贯地形成。
应注意，以上描述的所有部分、特别是附图中所示的细节，无论是单独考虑还是以任何组合考虑都要求作为本发明的实施例。对其进行修改是可能的。
附图标记列表
12 加热导体层
13 隔离中断
14 隔离中断
15 第一层部
16 第二层部
17 第三层部
18 (连接)带
19 (端子)带
20 端子隔离中断
21 端子隔离中断
22 带部
23 带部
24 带部
25 接触垫
26 接触垫
27 接触垫
28 15的第一端
29 第一端子
30 17的第一端
31 15的第二端
32 17的第二端
33 16的第二端
34 16的第一端
35 第二端子
36 第一加热回路
37 第二加热回路
Claims (14)
1.一种电加热装置、特别是用于移动应用的电加热装置，具有：
基底和形成在所述基底上的加热导体层(12)，其中，所述加热导体层(12)被至少一个第一隔离中断(13)中断，所述第一隔离中断(13)将所述加热导体层(12)的至少一个第一层部(15)和至少一个第二层部(16)彼此分开，所述第一层部(15)在第一端(28)处连接到第一端子(29)、例如正极，所述第二层部(16)在第一端(34)处连接到第二端子(35)、例如负极，所述第一层部(15)在第二端(31)处连接到所述第二层部(16)并经由所述第二层部(16)连接到所述第二端子(35)。
2.根据权利要求1所述的电加热装置，其特征在于：
所述加热导体层(12)被至少第二隔离中断中断，其中，所述第二隔离中断(14)优选地将所述加热导体层(12)的第三层部(17)和第二层部(16)彼此分开，所述第三层部(17)优选地在第一端(30)处连接到所述第一端子(29)、例如正极。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置，其特征在于：
所述第一层部(15)和第二层部(16)至少部分地通过第一分离导体、特别是线材和/或导电的、特别是非结构化的带(18)彼此连接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置，其特征在于：
第二分离导体、特别是线材和/或导电带(19)、特别是公共带和/或由至少一个端子隔离中断分成至少两个分离带部的带至少部分地与所述第一端子(29)和第二(35)端子关联。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置，其特征在于：
所述第一端子(29)和第二端子(35)设置在所述加热导体层(12)的同一侧。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置，其特征在于：
至少一个隔离中断(13、14)至少大致是直的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置，其特征在于：
所述加热导体层(12)和/或其第一层部(15)和/或第二层部(16)和/或第三层部(17)至少大致是矩形。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置，其特征在于：
所述加热导体层(12)覆盖所述基底的表面的至少80％、优选地至少85％，和/或
电绝缘材料布置在特定的隔离中断(13、14)中，和/或
在所述加热导体层(12)上形成至少一个另外的层、特别是绝缘层。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置，其特征在于：
所述第二层部(16)比所述第一层部(15)和/或第三层部(17)更宽、优选地至少1.2倍宽、更优选地至少1.5倍宽。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置，其特征在于：
形成有两个或多个加热回路(36、37)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置，其特征在于：
至少一个隔离中断(13、14)从所述加热导体层(12)的第一侧穿过到其第二侧、特别是完全穿过加热导体层。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置，其特征在于：
所述电加热装置为机动车加热装置。
13.一种车辆、特别是机动车辆，包括根据前述权利要求之一所述的电加热装置。
14.一种用于生产根据权利要求1至12中任一项所述的电加热装置的方法，其中，至少一个隔离中断(13、14)通过激光结构化和/或在施加加热层和/或在生产期间被引入并随后再被移除的条形体、特别是线材时对至少一个遮蔽部进行遮蔽而产生，和/或至少一个端子带(19)、优选包括铜的端子带，和/或至少一个连接带(18)、优选地包括铜的连接带被热喷涂和/或连接到至少一个接触垫(25、26、27)、优选地包括铜的接触垫。
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