CN207732998U - 混合式加热器及加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种混合式加热器及加热系统，该混合式加热器包括外壳；以及电加热元件，位于该外壳内，该电加热元件包括PTC发热元件和金属热电阻元件，该PTC发热元件和该金属热电阻元件串联地连接于该电加热元件的正负接头之间，该正负接头之间通电使该电加热元件发热。

Description

混合式加热器及加热系统

技术领域

本实用新型涉及加热装置，尤其涉及一种混合式加热器和利用此混合式加热器的加热系统。

背景技术

电动汽车发展日新月异，其核心部件动力电池系统的工作温度区间要求较严格，尤其是在低温环境下，电池系统经常会无法启动。所以大多数电动汽车都会给动力电池系统配备加热器，通过加热冷却液来对电池系统进行加热。

通常，加热器大致可划分为普通电阻加热和PTC加热两种类型。普通电阻加热器成本低，但温度易失控，在散热系统故障时容易因为高温出现安全隐患，因此控制较麻烦。PTC型加热器安全性高、控制较简单，但是成本较高。因此，本领域需要一种成本低、安全性高的加热器方案。

实用新型内容

为了克服上述缺陷，本实用新型旨在提供一种混合式加热器及加热系统。

根据本实用新型的一方面，提供了一种混合式加热器，包括外壳；以及电加热元件，位于该外壳内，该电加热元件包括PTC发热元件和金属热电阻元件，该PTC发热元件和该金属热电阻元件串联地连接于该电加热元件的正负接头之间，该正负接头之间通电使该电加热元件发热。

在一实例中，该PTC发热元件包括正温度系数不同的多个PTC发热子元件，该多个PTC发热子元件之间并联地连接。

在一实例中，该PTC发热元件的发热功率相对于该电加热元件的总发热功率占比介于1％至50％之间。

在一实例中，该金属热电阻元件包括螺旋形卷绕的金属丝。

在一实例中，该PTC发热元件包括PTC加热丝或PTC加热片。

在一实例中，该PTC发热元件由PTC半导体陶瓷材料制成。

在一实例中，该PTC发热元件的两端连接在第一PTC集流片和第二PTC集流片之间，该金属热电阻元件通过连接该第二PTC集流片而与该PTC发热元件串联。

在一实例中，该金属热电阻元件与该第二PTC集流片焊接连接。

在一实例中，该PTC集流片由铝或铜制成。

根据本实用新型的另一方面，还提供了一种加热系统，用于动力电池系统的加热，该加热系统包括水箱，水泵、以及如前所述的混合式加热器，该水箱、该水泵、该混合式加热器和该动力电池系统通过管道连接构成传热流体回路。

根据本实用新型的混合式加热器，由于发热功率主要通过普通金属电阻贡献，节省了热成本，同时由于PTC发热元件的存在，保证了加热器不会过热，提高了安全性，实现了成本和安全性的统一。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本实用新型的上述特征和优点。

图1示出了动力电池系统的加热系统的示意框图；以及

图2示出了根据本实用新型的一方面的混合式加热器的结构图。

为清楚起见，以下给出附图标记的简要说明：

100：加热系统

110：水箱

120：水泵

130：加热器

140：控制器

150：温度传感器

200：混合式加热器

210：外壳

211a：流体进口

211b：流体出口

220：电加热元件

221：PTC发热元件

222：金属热电阻元件

223a、223b：PTC集流片

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本实用新型的保护范围进行任何限制。

图1示出了动力电池系统的加热系统100的示意框图。如图1所示，水箱110、水泵120、加热器130和动力电池系统通过管道构成传热流体回路。这里的传热流体一般可以是水。水箱110中的水通过水泵120的作用流经加热器130加热，加热后的水流过动力电池系统以对其进行加热。水流过动力电池系统后再回到水箱110，如此循环实现动力电池系统的热循环。

较优地，加热系统100还可设有控制器140和温度传感器150以实现更精确的温度控制。例如，控制器140可接收温度传感器150对动力电池系统的实测温度的反馈，以此作为依据控制水泵120和加热器的输入功率。

如前所述，加热器130是加热系统100的核心部件。常规地加热器130要么是普通的金属电阻加热器。这种普通电阻加热器的特点是成本低，但是在散热出现问题的情况下，加热器温度会急剧升高，表面出现“发红”现象，从而引起烫伤、火灾等安全隐患。

PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)加热器是采用PTC材料作为发热元件。PTC材料的特性在于在温度超过一定数值之后，随着温度的升高材料电阻也迅速升高，从而降低电流使温度下降，从而达到温度平衡。所以，散热故障，例如遇风机故障堵转时，PTC加热器因得不到充分散热，功率会自动急剧下降，此时加热器的表面温度维持限定在预定温度(也称为居里温度)，从而不致产生电热管类加热器表面的“发红”现象，排除了发生事故的隐患。PTC加热器的成本较高，限制了其使用。

本实用新型提供了一种新型的混合式加热器，兼有成本低和安全性高的特点。图2示出了根据本实用新型的一方面的混合式加热器200的结构图。

如图2所示，混合式加热器200可包括外壳210和位于外壳210内的电加热元件220。电加热元件的正极接头和负极接头延伸出外壳210之外以通过开关耦接至电源(图中未示出)。当正负接头之间通电时，电加热元件220由于有电流通过而发热产生热量。

电加热元件220可包括PTC发热元件221和普通的金属热电阻元件222两部分，特别地，PTC发热元件221和金属热电阻元件222呈串联关系，串联地连接于电加热元件220的正负接头之间。

在正负接头之间通电时，电流流过串联的PTC发热元件221和金属热电阻元件222而使两个发热体同时发热。

一方面，由于电加热元件220不是完全采用PTC材料制成，因此相比于完全采用PTC材料制成的PTC加热器，相当一部分发热功率由低成本的金属热电阻元件222承担，因此降低了加热器成本。

另一方面，如果由于散热问题，导致加热器温度异常升高，在加热器完全采用普通金属电阻的情况下，金属发热体由于电阻受温度影响不明显因此正常发热，从而有可能导致安全隐患。但是在本案中，在温度异常升高的情况下，PTC发热元件221部分的电阻会急剧升高，进而导致整个电加热元件220的整体串联电阻也急剧升高，进而降低电加热元件220的电流，以使温度降低，达到温度平衡，阻止因高温引起的安全隐患。

换言之，本实用新型的混合式加热器200同时实现了成本和安全性效益。

为了进一步使成本效益最大化，可以降低PTC发热元件221在整个电加热元件220中的比重。例如，可以将PTC发热元件221和金属热电阻元件222设计成使得PTC发热元件221的发热功率相对于电加热元件220的总发热功率的比重介于1％至50％之间。发热功率可以通过发热元件的长度、横截面、电阻属性等等来调节，这是本领域技术人所熟知的，不再赘述。

较优地，为了实现各种期望的正温度系数的需求，可以将多个不同的PTC材料相组合。即，PTC发热元件221可包括多个并联地PTC发热子元件，每个PTC发热子元件的正温度系数不同，以使最终整体的PTC发热元件221具有所希望的正温度系数。

另一方面，并联的结构也降低了PTC发热元件221与其他部分连接失效的几率，提高了加热器的可靠性。

在图2的实施例中，金属热电阻元件222可以为金属丝，并且以螺旋形或其他有效形式卷绕，由此通过电阻丝的卷绕提高热交换面积，保证换热效率。

PTC发热元件221可以是加热丝，例如螺旋形或其他有效形式卷绕以提高热交换面积，或者也可为加热片的形式。PTC发热元件221的材料可以是PTC半导体陶瓷材料，或者其他合适的材料。

为了提高可靠性，可通过PTC集流片223a和223b连接PTC发热元件221，金属热电阻元件222通过连接PTC集流片223b而与PTC发热元件221串联。与PTC集流片223a、223b的连接可通过焊接方式实现。在一实施例中，PTC集流片223a、223b可由导电率较高的铝或铜制成。

如果混合式加热器200用于图1所示的热循环系统，则外壳210上还可设有流体进口211a和流体出口211b(如图所示)。传热流体流经混合式加热器200时，电加热元件220浸在传热流体中，给传热流体加热。在温度较低时，PTC电阻很低，经过电流大，加热器功率较高；当冷却液温度较高时，PTC电阻快速升高，电流变小，加热功率降低，保证了安全性。

本实用新型还提供了一种加热系统，用于动力电池系统的加热，包括水箱，水泵、以及如上所述的混合式加热器。水箱、水泵、混合式加热器和该动力电池系统通过管道连接构成传热流体回路。

根据本实用新型的混合式加热器，由于发热功率主要通过普通金属电阻贡献，节省了热成本，同时由于PTC发热元件的存在，保证了加热器不会过热，提高了安全性，实现了成本和安全性的统一。

提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本实用新型的保护范围应当以所附权利要求为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本实用新型的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合式加热器，其特征在于，包括：

外壳；以及

电加热元件，位于所述外壳内，所述电加热元件包括PTC发热元件和金属热电阻元件，所述PTC发热元件和所述金属热电阻元件串联地连接于所述电加热元件的正负接头之间，所述正负接头之间通电使所述电加热元件发热。

2.如权利要求1所述的混合式加热器，其特征在于，所述PTC发热元件包括正温度系数不同的多个PTC发热子元件，所述多个PTC发热子元件之间并联地连接。

3.如权利要求1所述的混合式加热器，其特征在于，所述PTC发热元件的发热功率相对于所述电加热元件的总发热功率占比介于1％至50％之间。

4.如权利要求1所述的混合式加热器，其特征在于，所述金属热电阻元件包括螺旋形卷绕的金属丝。

5.如权利要求1所述的混合式加热器，其特征在于，所述PTC发热元件包括PTC加热丝或PTC加热片。

6.如权利要求1所述的混合式加热器，其特征在于，所述PTC发热元件由PTC半导体陶瓷材料制成。

7.如权利要求1所述的混合式加热器，其特征在于，所述PTC发热元件的两端连接在第一PTC集流片和第二PTC集流片之间，所述金属热电阻元件通过连接所述第二PTC集流片而与所述PTC发热元件串联。

8.如权利要求7所述的混合式加热器，其特征在于，所述金属热电阻元件与所述第二PTC集流片焊接连接。

9.如权利要求7所述的混合式加热器，其特征在于，所述PTC集流片由铝或铜制成。

10.一种加热系统，用于动力电池系统的加热，其特征在于，所述加热系统包括水箱，水泵、以及如权利要求1至9中任一项所述的混合式加热器，所述水箱、所述水泵、所述混合式加热器和所述动力电池系统通过管道连接构成传热流体回路。