CN116916476A - 电加热设备 - Google Patents

Abstract

用于机动车的电加热设备具有壳体，所述壳体具有多个分隔流体的循环腔室和相对于循环腔室密封的连接腔室，其中，循环腔室分别与用于待加热的流体的入口和出口相连通，并且至少一个PTC加热装置与循环腔室导热地联接，其中，PTC加热装置具有至少一个PTC元件以及为了以不同极性给PTC元件通电而与PTC元件导电连接的导体线路，并且在连接腔室中电连接并且根据控制情况而与控制装置相连接。控制装置包括充电电流模式和电源电流模式，在充电电流模式中，充电电流加热电路以充电电流运行，并且对电源电流电池进行调温的流体被加热，在电源电流模式中，电源电流加热电路以电源电流电池的电源电流运行，并且对机动车内部空间进行调温的流体被加热。

Description

电加热设备

技术领域

本发明涉及一种用于机动车或处于机动车中的电加热设备，所述电加热设备具有带用于待加热的流体的入口和出口的壳体，该壳体具有用于引导待加热的流体通过壳体的循环腔室和用于电连接至少一个PTC加热装置的连接腔室。PTC加热装置具有至少一个PTC元件以及为了以不同极性给PTC元件通电而与PTC元件电连接的导体线路。PTC加热装置与循环腔室导热地连接。

背景技术

这种电加热设备例如从本申请人的EP2147924A1中已知。在该现有技术中，壳体由多个部分构成，其中，下部壳体部件按照槽的方式限定出循环腔室，循环腔室通过用作槽的盖件的上部壳体元件也构成加热肋片，加热肋片伸入槽中，PTC加热装置插入这些加热肋片中，PTC加热装置通过在加热肋片中的楔元件固定并且因此与加热肋片导热地连接。从EP2884817A1中已知另一解决方案。在该现有技术中，加热肋片呈插接元件的形式构造，所述插接元件保持在设置于分隔壁内的插接元件容纳部中。在上述解决方案中，接触舌片朝向连接腔室的方向贯穿分隔壁，在连接腔室中，不同的PTC加热装置连接形成加热电路，并且与电源电流电连接。

上述电加热设备中的每一个都具有壳体，每个壳体分别具有入口和出口。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有更高的实用性的电加热设备。在此，本发明尤其用于给出一种适用于电动或混合动力车辆的电加热设备。特别地，本发明用于给出一种用于机动车的电加热设备。

根据本发明提出，壳体具有分隔流体的多个循环腔室，所述循环腔室分别与入口和出口连通。据此，设置单独的循环腔室，以便加热通常彼此分隔并且在材料或化学方面也不同的介质并且将所述介质引导通过壳体。例如在混合动力车辆中，电加热设备可以满足热量管理提出的不同要求。于是，循环腔室之一可以容纳一种介质，乘客舱或乘客舱的前挡风玻璃利用该介质经由空气通流的热交换器加热。在此，作为热交换介质的液体介质作为流体引导通过循环腔室。以相应的方式，液体介质也可以引导通过另一设置在同一壳体内的循环腔室，该循环腔室例如用于加热柴油混合动力车辆中的尿素。例如，液体介质也可以引导通过另一第三循环腔室，所述液体介质被加热以便在充电过程之前使电池达到所需温度。

不言而喻的是，各个循环腔室具有彼此不同的热功率，也就是在相应的出口处或在输出侧实现被加热的流体的不同的起始温度。循环腔室可以被分配不同的加热功率和/或彼此不同的流体。各个循环腔室和与之相对应的PTC加热装置也能够以如下方式控制，以便实现不同的输出侧流体温度。

在此，相同的PTC加热装置通常对应于不同的循环腔室。由PTC加热装置产生的热量相应地传递到不同的循环腔室，并在那里传递到相应的(通常彼此不同的)流体。根据本发明的PTC加热装置的所有PTC加热装置优选相同地设计，并且PTC加热装置因此是可扩展的并且可以经济地制造。

关于电加热设备的紧凑设计方面，在连接腔室中设置有控制装置，该控制装置通常关联于所有PTC加热装置，也就是对电加热设备的所有PTC加热装置加以控制。与该控制装置的电连接可以如在已经提到的现有技术中那样实现，方式为：例如为每个循环腔室设有至少位于一个平面中的基本上均匀的分隔壁，该分隔壁将循环腔室与连接腔室分隔开，并且被PTC加热装置的相应的连接舌片贯穿，以便使连接舌片可以在连接腔室内得以电连接。

根据本发明的优选设计，还可以以如下方式实现协同作用，使得不同的循环腔室彼此在热学上相互联接。这可以通过循环腔室的直接接触和从一个循环腔室到相邻的循环腔室的热传递来实现。例如可以设想的是，仅具有用于加热在那里引导的流体的较低热功率的循环腔室未设有独立的PTC加热装置，而是通过将该循环腔室与另一个循环腔室在热学上联接来获得加热，为该循环腔室本身分配有至少一个PTC加热装置。在此，设有至少一个PTC加热装置的循环腔室将比与其相邻设置但与其在热学上联接的循环腔室具有高得多的热功率。

为了更好地充分利用由PTC加热装置产生的热量，以及为了电加热设备的尽可能的紧凑设计，根据本发明的一个优选的改进，提出：在两个循环腔室之间设置至少一个PTC加热装置。在此，设置在相邻的循环腔室之间的PTC加热装置通常在结构上以相同的方式在热学方面以及以机械的方式与相应的循环腔室联接。然而，相应的循环腔室中的热功率可以不同，这取决于引导通过相应循环腔室的流体的热吸收量。在此，优选将多个、通常是大量的循环腔室彼此先后或彼此相叠地堆垛。在堆叠方向上、在各个循环腔室之间存在至少一个PTC加热装置。在此，循环腔室可以优选地由分别相同地设计的空心型材元件形成，使得PTC加热装置是可扩展的并且能够经济地制造。设置在堆垛中间的PTC加热装置的加热功率可以选择为显著高于靠近堆垛边缘的那些PTC加热装置的加热功率。这使得：在相对于环境良好绝热的情况下，给中间的循环腔室设有高热功率，相反，相对于环境或壳体外壁贴靠或暴露的靠外的循环腔室仅向被加热的流体输出较低的热功率，通常在循环腔室的输出侧实现较低的温度。这种堆垛的至少一个最靠外的循环腔室可以没有具有独立的PTC加热装置。换言之，没有单独对应于该循环腔室的PTC加热装置以导热的方式直接贴靠到相应的循环腔室上。所述堆垛的这种靠外的循环腔室也可以单独地与设置在连接腔室中的控制装置的至少一个功率晶体管导热联接。因此，通过该循环腔室传递到待加热的流体的热功率在很大程度上取决于功率晶体管的功率损耗，也就是相应的循环腔室主要(在不排他的情况下)用于冷却功率晶体管并因此冷却电加热设备的控制装置，其中，由于散热由流体吸收的热量在壳体外被用于加热车辆的部件。

电加热设备的控制装置以特殊方式适配。所述控制装置至少有充电电流模式和电源电流模式。在这两种模式中，不同的电流在控制装置中被处理并且通常输送给不同的PTC加热装置。

充电电流模式利用在给机动车电源电流电池充电时提供给车辆的充电电流。该电源电流电池用于驱动作为电动车辆的机动车。在充电电流模式中，电加热设备的包括至少一个PTC加热装置的充电电流加热电路被操控。于是，所述充电电流加热电路以充电电流运行。在此，充电电流加热电路对流体进行调温，特别是对用于热交换器的工作介质进行调温，所述工作介质对电源电流电池进行调温。于是，在电加热设备中以充电电流加热介质，所述介质使电池加热进而增加电池在充电过程中的输入功率。

在此，指示充电过程的信号通常被传输到控制装置。该信号可以是来自导航系统的信号，导航系统用信号通知车辆接近充电电流源。该信号也可以由于充电电流电缆与电动车辆的充电插座的联接而产生。

此外，控制装置具有电源电流模式。在电源电流模式中，电源电流加热电路的至少一个PTC加热装置以电源电流电池的电源电流来运行。如前所述，电源电流电池是机动车的电力推进的来源。电源电流模式用于加热对机动车内部进行调温的流体。由此，在电源电流模式中，控制电动车辆的舒适空调。这种舒适空调可以具有分布在乘客舱内的不同的热风出口。相应的空调通常也有一个用于对前挡风玻璃进行调温的出风口，从而使潮湿的空气不能在其上凝结或以降低的程度凝结。

在此，控制装置可以使用指示车辆启动的信号来激活电源电流模式。可以同样很好地由控制装置识别到充电过程的结束、例如充电电缆的拔出并且作为结束充电电流模式并且取而代之地切换到电源电流模式的信号。

电加热设备优选地还具有辅助模式作为控制装置的一部分。当机动车由柴油内燃机推进时，辅助模式会被激活。在此改进方案中，车辆是柴油混合动力车辆。在辅助模式中，电加热设备被操控，以加热尿素，尿素在柴油发动机运行期间用于处理废气。作为电加热设备的辅助加热电路的一部分的至少一个PTC加热装置在辅助模式中以辅助电源电流运行。

如上面的介绍所示，为相应的模式在此通常分配彼此分隔开的介质回路。

根据本发明，PTC加热装置中的至少两个以如下方式适配，使得其以彼此不同的电流被供电。这种适配通过对通常设置在具有电加热设备的结构单元中的控制单元的相应适配来进行。所述控制单元特别是可以控制具有两个不同电压的电源电流并将其分别馈送到各个PTC加热装置。在此，不同的电源电流尤其是通过电源电流的电压来区分。

于是，例如至少一个PTC加热装置进而还有与该PTC加热装置相对应的循环腔室可以由充电站的充电电流根据功率来供电。在此，相应的循环腔室通常对用于加热安装有电加热设备的电动汽车的电池的工作介质进行加热。至少一个与用于电池调温的循环腔室相对应的PTC加热装置通常具有如下的PTC元件，所述PTC元件以如下方式适用于例如800伏特的电源电压，使得可以将PTC元件的温度调节到50℃±10℃。

例如至少一个PTC加热装置(其对应于循环腔室，循环腔室用以加热热交换介质，以加热乘客舱和前挡风玻璃)如上所述地以电动车辆的电源电流供应。相应地，控制装置将用于车辆的电力行驶驱动的电源电流引导至相应循环腔室的至少一个PTC加热装置。在该循环腔室中，介质被加热，该介质通过热交换器加热空气，空气被引导通过HVAC(暖通空调)和设置在那里的热交换器，并且通常根据自动空调系统的规范或根据用户的个人想法被引导至乘客舱和前挡风玻璃内的不同位置。在此，至少一个与PTC加热装置相对应的PTC元件达到比电池调温的PTC元件更高的温度。温度高出4到5倍。特别地，PTC元件的相应的额定温度为240℃±20℃。在此，控制装置也将电动车辆的电源电流继续传送至至少一个通常具有大约400伏特的电压的PTC加热装置。

在充电过程中，控制装置通常也为了保护电动车辆的用于驱动的电池，而暂停至少一个PTC加热装置针对用于加热乘客舱的第二介质回路的运行。与第二介质回路相对应的循环腔室应直接与用于电池调温的PTC加热装置相邻接。在任何情况下，通过在用于电池调温的第一介质回路和用于加热乘客舱的第二介质回路之间的热学联接，都能够加热第二介质回路中的介质，使得在电池的充电过程中，也对乘客舱进行调温，而车辆中的电力驱动装置的电池不消耗功率。

例如，第三介质回路可以邻近第二介质回路地设置并且以堆垛形式设置在第二介质回路的与第一介质回路相对侧上。在循环腔室的堆垛中，第一介质回路的循环腔室与第二介质回路的循环腔室相邻，并且第二介质回路的循环腔室沿堆叠方向与第三介质回路的循环腔室相邻。第三介质回路例如可以通过为车辆中的诸如灯或收音机之类的辅助总成供电的电流来运行。该辅助电源电流在12伏特至48伏特之间。为此设置的低压电池可以由用于行驶驱动的高压电池供电或储存通过回收获得的能量。该第三介质回路的额定温度通常介于第一和第二介质回路的额定温度之间。优选地，将PTC元件调节到160℃±20℃的额定温度。例如，在该第三介质回路中，可以加热用于柴油混合动力的尿素。尿素可以直接在介质回路中被引导并在其中被加热，或者也可以通过热交换器加热，同时在介质回路中工作介质进行循环。在这种情况下，工作介质存在于第三介质回路中。

附图说明

本发明的其他细节和优点由结合附图对实施例的以下介绍得出：

图1示出电加热设备的实施例的透视端侧视图；

图2从第一侧示出图1中所示的实施例的透视横截面图；

图3从相反侧示出图1中所示的实施例的另一透视横截面图；

图4示出根据图1至图3的实施例的未装备的壳体的透视端侧视图；

图5示出装入到根据图1至图3的壳体中的空心型材元件堆垛的透视端侧视图；

图6示出实施例中使用的PTC加热装置的实施例的透视侧视图；以及

图7示出图6中所示实施例的透视侧视图。

具体实施方式

图1至图5示出电加热设备2的细节，其中，图4特别是示出壳体4的设计，该壳体被生产为挤压型材并由铝制成。根据图1的端侧视图示出盖件6，所述盖件密封地贴靠到壳体4的端侧上。

在盖件6的上部中，示出控制插头8和电源插头10，用于控制信号或电源电流的线路与控制插头和电源插头连接。在下部区域中，示出三个输入接头12.1至12.3，所述输入接头构成入口14.1至14.3。在斜上方，示出相对应的输出接头16.1至16.3，所述输出接头围绕或形成相应的出口18.1至18.3。

特别是如图2所示，通过相应输入接头12.2和12.3引入的流体被引入空心型材部件20，所述空心型材部件被横向壁22划分成下方循环段24和上方循环段26。流体在进入壳体4后，贯穿下方循环段24，并且在背向图2的背侧，经由另一盖件28和盖件28的在端侧朝向循环段设置的流体引导件发生转向，并且经由上方循环段26返回。在盖件6中，流体从上方循环段26转移到相邻的空心型材30上，具体而言是进入空心型材的下方循环段32中。在那里，流体以与之前相同的方式被引导，在盖件28中向上转向进入相邻的空心型材30的上方循环段33中，并且最后通过输出接头16.1排出。

根据图1和图2的左侧的输入和输出接头12.3和16.3的流体引导以相同的方式进行。

如图2和图4中所示，壳体4本身形成下方循环段34和上方循环段36。输入接头12.1对应于下方循环段34。在此，根据图1和图2，流体引导也如上所述地通过在另一盖件28的区域中从下方循环段34转向到上方循环段36中以及转移到右侧的空心型材部件20中来实现。

由此，获得了由串联连接的循环段24、26、32、34形成的不同循环腔室。在这里，实现了三个循环腔室38、40、42。

图4示出由壳体4本身的挤压型材形成的倾斜的支承面44。如图2和图3所示，该倾斜的支承面44与功率晶体管46导热联接，所述功率晶体管从已组装的印刷电路板48的下侧伸出。为此，功率晶体管46通过贴靠到壳体4的挤压型材上的弹簧49平坦地并且优选地中间夹有Kapton膜(聚酰亚胺薄膜)的情况下贴靠到支承面44上。已组装的印刷电路板48设置在连接腔室50内，该连接腔室在圆周上被壳体4包围并且在端侧被两个盖件6、28遮盖(参见图2和图3)。已组装的印刷电路板48形成了针对设置在结构单元(其具有PTC加热装置2的电源部件)中的控制装置的示例。在上侧遮盖连接腔室50的壳体盖4.1密封地插入到壳体4的挤压型材的槽51中并且与两个盖件6、28密封地连接。

由功率晶体管46在控制电加热设备2的加热功率时产生的功率损耗通过支承面44传递到两个循环段34、36。于是，在该循环段中，引入的流体被预热，或者一个或多个功率晶体管46被冷却。为了使功率晶体管46尽可能的散热，流体引导也可以被改动，使得通过输入接头14.1引入的并且最冷的流体首先流过与支承面44邻接的上方循环段36。当然，出于同样的原因，功率晶体管46应该布置得尽可能靠近输入接头14.1。

在下面参考图5至图7，详细地阐释空心型材部件20和设置在各个空心型材部件20之间的、以附图标记52标示的PTC加热装置。

可以看出，空心型材部件20在其上端和下端具有相对应的槽键连接元件54、56，借助这些槽键连接元件，相应的空心型材部件20彼此型面锁合地连接并且可以作为单元来操作，具体地包括了容纳于各个空心型材部件20之间的PTC加热装置52。所述PTC加热装置具有插头壳体58，插头壳体在相对应的槽键连接元件54、56已在顶部被移除的区域中被沿侧向引导超出空心型材部件20。可以看出，相同的空心型材部件20用于制造PTC加热装置2的图5所示的加热单元59。该连接腔室50通过分隔壁61与用于加热单元59的容纳腔室分隔开。

空心型材部件20例如被挤压，然后进行切削加工。在端侧，空心型材部件20的用于实现流体引导的轮廓从连接筒60伸出，用以密封地连接盖件6、28。设置在相应空心型材部件20的前侧端部上的连接筒60引导通向相应循环段24、26并且与盖件6、28或输入接头或相应输出接头12、16相连接。这些构件可以与筒分段60相粘接或以其他方式流体密封地连接。

图6和图7示出PTC加热装置52，其具有由电绝缘材料制成的构成容纳部64的定位框架62，由陶瓷制成的、具有在两侧设置于其上的金属化部的PTC元件插入容纳部64中，PTC元件以附图标记66标示。接触片68作为导体线路贴靠到所述PTC元件66上，所述接触片用于以不同的极性给PTC元件66通电。接触片68具有通过冲压和折弯制成的弹簧舌片70，所述弹簧舌片接合到定位框架62的相对应的凹部中，以便将接触片68与定位框架62连接。此外，每个接触片68分别构成沿侧向从相应接触片68伸出的连接旗片72。由陶瓷制成的绝缘层以附图标记74表示，所述绝缘层在外部贴靠到接触片68上，以便使接触片相对于相应的空心型材部件20电绝缘，这些空心型材部件也至少通过槽键连接元件54、56相互电连接。各个连接旗片72在已装配PTC加热装置之后，被以插头壳体58覆盖(参见图5和图6)。

单个PTC加热装置52插入相邻的空心型材部件20之间。

在此，通过在PTC加热装置的基本相同的结构设计中的不同PTC元件66，这些PTC加热装置可以被设计成具有不同的电功率。因此，可以改变PTC元件66的厚度。弹簧舌片70可以在定位框架62的容纳部64内有限度地移动，使得：凭借不同厚度的PTC元件66，PTC加热装置52也能够以结构单元制造。假体或占位元件也可以插入相应的容纳部64中，其本身不产生任何热量，而是至少如PTC元件那样部分地填充定位框架中的容纳部64。各个PTC加热装置52的电功率也可以通过这种措施进行适配。

图2和图3示出图5中所示的结构组件，在插入壳体4后补充了另一PTC加热装置52和另一空心型材部件20。相应的空心型材部件20以层状部的方式在中间插入PTC加热装置52的情况下彼此并排设置。在图2中，在该层状部的左侧，示出弹簧容纳腔室76，在引入加热单元59(即由PTC加热装置52和空心型材部件20构成的堆垛结构)之后，可以将弹簧插入弹簧容纳腔室中，以便将空心型材部件20预紧地贴靠到设置于其间的PTC加热装置52上并且因此一方面实现良好的热去耦，并且另一方面使PTC元件66与相对应的接触片68良好地电接触。

附图标记列表

2 电加热设备

4 壳体

4.1 壳体盖

6 盖件

8 控制插头

10 电源插头

12.1至12.3 输入接头

14.1至14.3 入口

16.1至16.3 输出接头

18.1至18.3 出口

20 空心型材部件

22 横向壁

24 下方循环段

26 上方循环段

28 其他盖件

30 相邻的空心型材

32 相邻的空心型材的下方循环段

33 相邻的空心型材的上方循环段

34 壳体的下方循环段

36 壳体的上方循环段

38 循环腔室

40 循环腔室

42 循环腔室

44 支承面

46 功率晶体管

48 电路板

49 弹簧

50 连接腔室

51 槽

52 PTC加热装置

53 连接筒

54 槽键连接元件

56 槽键连接元件

58 插头壳体

59 加热单元

60 筒分段

61 分隔壁

62 定位框架

64 容纳部

66 PTC元件

68 接触片

70 弹簧舌片

72 连接旗片

74 绝缘层

76 弹簧容纳腔室

Claims (5)

1.一种用于机动车的电加热设备(2)，所述电加热设备具有壳体(4)，在所述壳体中设置有分隔流体的多个循环腔室(38、40、42)和一个相对于循环腔室(38、40、42)密封的连接腔室(50)，其中，循环腔室(38、40、42)分别与用于待加热的流体的入口(14.1-14.3)和出口(18.1-18.3)相连通，并且至少一个PTC加热装置(52)与循环腔室(38、40、42)中的至少一个循环腔室以导热方式联接，其中，PTC加热装置(52)具有至少一个PTC元件(66)以及为了以不同极性给PTC元件(66)通电而与PTC元件(66)导电连接的导体线路(68)，并且PTC加热装置在连接腔室(50)中电连接并且在控制方面与控制装置相连接，所述控制装置容纳在连接腔室中，并且所述控制装置包括：

充电电流模式，在机动车连接充电电流源以对机动车的电源电流电池充电时，所述充电电流模式操控电加热设备(2)的包括PTC加热装置(52)中的至少一个PTC加热装置的充电电流加热电路，所述充电电流加热电路加热对电源电流电池进行调温的流体，其中，在充电电流模式中，充电电流加热电路的至少一个PTC加热装置(52)以充电电流运行；以及

电源电流模式，所述电源电流模式在机动车电力推进时，对电加热设备(2)的包括PTC加热装置(52)中的至少一个PTC加热装置的电源电流加热电路加以操控，所述电源电流加热电路加热对机动车的内部空间进行调温的流体，其中，在电源电流模式中，电源电流加热电路的至少一个PTC加热装置(52)以电源电流电池的电源电流运行。

2.根据权利要求1所述的电加热设备(2)，其特征在于，所述控制装置包括辅助模式，所述辅助模式在机动车通过柴油内燃机推进时，对电加热设备(2)的包括PTC加热装置(52)中的至少一个PTC加热装置的辅助加热电路加以操控，用以加热尿素，其中，在辅助模式中，辅助加热电路的至少一个PTC加热装置(52)以辅助电源电流运行。

3.根据权利要求1所述的电加热设备(2)，其特征在于，充电电流加热电路的至少一个PTC加热装置(52)的PTC元件(66)被调节到50℃+/-10℃的额定温度。

4.根据权利要求1所述的电加热设备(2)，其特征在于，电源电流加热电路的至少一个PTC加热装置(52)的PTC元件(66)被调节到240℃+/-20℃的额定温度。

5.根据权利要求1所述的电加热设备(2)，其特征在于，辅助加热电路的至少一个PTC加热装置(52)的PTC元件(66)被调节到160℃+/-20℃的额定温度。