KR101785127B1 - 고전압 전기 시스템을 갖는 차량용 전기 가열 장치 - Google Patents

고전압 전기 시스템을 갖는 차량용 전기 가열 장치 Download PDF

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Abstract

가열 장치에서, 서로 대향하여 위치하는 전류 레일 사이에 배치되는 PTC 가열 요소가 사용되며, 여기에는 전자 제어 유닛으로부터 전류 레일을 거쳐서 전류가 공급된다. 금속제 가열 리브 구조물은 전기 절연성이면서 열전도성인 커플링 층을 거쳐서 전류 레일 중 하나에 각각 결합된다. 가열될 공기는 기복 형상을 갖는 가열 리브 구조물을 통해서 유동한다. 금속제 가열 리브 구조물은 차량 그라운드에 전기 접속되며, 따라서 공기 유동을 방해하지 않고서 전자기 간섭 방사선의 방출을 제거하는 실드를 형성한다.

Description

고전압 전기 시스템을 갖는 차량용 전기 가열 장치{ELECTRIC HEATING DEVICE FOR VEHICLES HAVING A HIGH VOLTAGE ELECTRIC SYSTEM}
본 발명은 고전압 전기 시스템을 갖는 차량용 전기 가열 장치에 관한 것이다.
전기 추진 또는 하이브리드 추진을 사용하는 차량도 외부 온도가 낮을 때 차실의 온도를 제어하기 위한 가열 시스템을 필요로 한다. 가열 에너지는 차량의 전기 시스템으로부터 전기를 공급받는 전기 가열 장치로부터 나온다. 이들 가열 장치는 가열될 공기가 통과 유동하는 동일한 가열 유닛의 적층체로 구성된다. 가열 장치에서는, 상호 대향 연장되는 전류 레일 사이에 배치되는 PTC 가열 요소가 사용되며, 이는 양의 온도 계수를 갖고 전자 제어 유닛으로부터 전류를 공급받는 전기 저항 요소를 의미한다. 전기 절연성이면서 열전도성인 커플링 층에 의해 전류 레일의 각각에 금속제 가열 리브 구조물이 각각 결합된다. 가열될 공기는 기복 형상을 갖는 가열 리브 구조물을 통해서 유동한다. 차량의 고전압 전기 시스템으로부터 취해지는 전압이 사람에게 위험한 고레벨을 갖기 때문에 가열 리브 구조물을 전류 레일로부터 전기 절연하는 것이 필요하다. 따라서, 이 형태의 공지된 전기 가열 장치에서, 가열 리브 구조물은 전위를 갖지 않는다.
그러나, 가열 출력을 제어하기 위해, PTC 가열 요소에는 스위칭된 공급 전류가 전자 제어 유닛에 의해 공급된다. 스위칭 작업은 공급 전류의 고주파 교류 성분을 구성하는 급경사 펄스 에지를 발생한다. 이들 고주파 교류 성분의 결과로서, 모든 충전부(live part)가 방사체(radiator)가 되며, 이들 방사체는 모두 합해서 상당한 양의 전자기 간섭 방사선을 방출한다. 더욱이, 다른 차량 유닛의 탑재 네트워크로부터의 고주파 간섭 성분은 PTC 가열 요소용 공급 전류에 이미 존재하며, 이는 또한 가열 장치의 충전부를 거쳐서 방사될 수 있다. 이 간섭 방사선은 차량내 다른 시스템의 안전한 기능을 위험하게 할 수 있을 뿐 아니라 예를 들어 라디오와 같은 수신 장치에 큰 영향을 미칠 수 있다.
원칙적으로, 가열 장치의 방사선-관련 부분을 금속 그리드 형태의 전자기 실드(electromagnetic shield)로 둘러쌀 수 있다. 그러나, 그리드는 필연적으로 가열될 공기의 유동 경로 내에 위치될 것이므로, 유동 손실을 초래하며 이 손실은 송풍기 전력을 증가시킴으로써 보상되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 주위 금속 그리드를 사용하지 않고 가열 장치의 전자기 실드를 얻을 수 있게 하는 것이다.
이는 금속제 가열 리브 구조물이 고정된 기준 전위, 특히 차량 그라운드(vehicle ground)에 전기적으로 접속되는 사실에 의해 서두에 언급한 형태의 가열 장치에서 놀라울 정도로 간단한 방식으로 달성된다. 차량 그라운드라는 용어는, 차량의 금속 구조물에, 일반적으로 그 저전압(12V 전기 시스템) 음극에 전기 전도적인 방식으로 접속되는 차량의 전기 시스템의 기준 전위를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이는 PTC 가열 요소의 양쪽에서 가열 장치의 방사선-관련 부분을 둘러싸기 때문에 이후 가열 장치의 전자기 실드를 가져올 금속제 가열 리브 구조물이 될 것이다.
전자 제어 유닛은 또한 전자기 간섭 방사선의 소스이다. 그러므로, 바람직한 실시예에서, 전자 제어 유닛은 전자기 실드를 형성하는 하우징에 의해 둘러싸이며, 이는 또한 고정된 기준 전위 및/또는 차량 그라운드에 전기적으로 접속된다. 전자 제어 유닛은 편리하게 가열 장치에 바로 이웃하여 배치될 것이므로, 전자 제어 유닛의 하우징은 금속제 가열 리브 구조물에 직접 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명의 추가 개량예에서는, PTC 가열 요소, 전류 레일 및 커플링 층으로 구성되는 가열 장치의 층 구조물의 좁은 측부를, 차량 그라운드에 전기적으로 접속되는 금속제 차폐 스트립에 의해 전자기적으로 차폐하는 것이 제안된다.
유리한 실시예에 따르면, 전자기 실드의 "밀도"의 추가 개선은, 커플링 층과 가열 리브 구조물 사이에 하나의 금속 차폐 층이 각각 배치되고 이 차폐 층이 그것에 전기적으로 및 열적으로 결합되는 사실에 의해 달성된다. 금속제 차폐 스트립이 좁은 측부의 각각에 두 개의 금속 차폐 층을 각각 갖는 연속 차폐 구조물을 형성하는 사실로 인해, 전자기 봉입(electromagnetic encapsulation)이 달성되며, 이 전자기 봉입은 차폐 층이 전자 제어 유닛의 하우징과 조합하여 연속적이고 폐쇄된 차폐 구조물을 형성하지만 어느 경우에는 하우징과 연속적인 전기 접속을 형성하는 사실로 인해 훨씬 더 완전하게 만들어진다.
본 발명의 추가 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조한 하기의 여러 실시예의 상세한 설명으로부터 자명해질 것이다.
도 1은 전기 가열 장치의 제 1 실시예의 개략 사시도이다.
도 2a는 제 1 실시예의 종단면도이다.
도 2b는 도 2a의 Ⅱb-Ⅱb 라인을 따르는 횡단면도이다.
도 3은 전기 가열 장치의 제 2 실시예의 개략 사시도이다.
도 4a는 제 2 실시예의 종단면도이다.
도 4b는 제 2 실시예의 도 4a에서의 Ⅳb-Ⅳb 라인을 따르는 횡단면도이다.
도 5는 전기 가열 장치의 제 3 실시예의 개략 사시도이다.
도 6a는 제 3 실시예의 종단면도이다.
도 6b는 도 6a의 Ⅵb-Ⅵb 라인을 따르는 횡단면도이다.
전기 가열 장치의 다양한 실시예에서는, 장방형 프레임(10)과 제어 블록(12)을 갖는 동일 기본 설계가 사용되며, 이는 프레임(10)의 횡방향 표면 상에 배치된다. 프레임(10) 내에서, 복수의 PTC 가열 요소, 소위 "PTC 스톤"은 상호 이격되는 여러 가열 표면 내의 전류 레일 상에 배치된다. 도 1은 다섯 개의 이러한 가열 표면을 도시하며; 이것들은 14a 내지 14e로 지칭된다. 가열 표면(14a 내지 14e)의 양쪽에는, 금속제 기복 가열 리브 구조물(16a 내지 16f)이 연속적으로 배치된다. 이들 가열 리브 구조물(16a 내지 16f)을 통해서, 가열될 공기가 유동한다. 제어 블록(12)은 외부에 전기 단자(12a)와 신호 단자(12b)를 갖는 제어 전자회로를 둘러싼다. 그 위에 PTC 스톤이 위치하는 전류 레일은 도 2에서 알 수 있듯이 제어 블록(12) 내로 연장되며, 그 안에서 제어 전자회로에 연결된다.
도 2a에 도시하듯이, 편평한 PTC 스톤(20)은 그 사이에 약간 거리를 갖고서, 중실 금속 시트로서 형성될 수 있는 두 개의 전류 레일(22, 24) 사이에 상호 이웃하여 배치된다. 각각의 전류 레일(22, 24)은 그 하나의 하우징 벽(26)만 도 2a에 도시되는 제어 블록(12) 내로 돌출하는 일 단부에서, 전자 제어 유닛에 의해 인가되는 공급 전압의 전극에 연결된다. PTC 스톤(20)이 차량의 고전압 전기 시스템으로부터 공급되기 때문에, 특수한 전기 절연 수단이 필요하다. 따라서, 전류 레일(22, 24) 외부의 상부에 절연 판(28, 30)이 각각 배치되어, 그 위에 배열된 가열 리브 구조물(16a, 16b)을 전기 절연한다. 좁은 면 전부는 또한 전기 절연 재료로 덮인다. 도 2a에서, 제어 블록(12) 내로 돌출하는 전류 레일(22, 24)의 단부는 절연 요소(32)에 의해 전기 절연되고, 대향 단부는 절연 스트립(34)에 의해 전기 절연된다.
전자기 간섭 방사선에 대한 차폐를 위해, 여러 조치가 취해져 왔다. 한편, 제어 블록(12)의 하우징 벽(26)은 중실 금속 시트로 제조되거나, 적어도 기계적으로 코팅되고 차량 그라운드에 접속된다. 한편, 가열 리브 구조물(16)은 또한 차량 그라운드에 전기적으로 접속된다. 가열 리브 구조물(16)을 차량 그라운드에 연결하는 간단한 방식은 제어 블록(12)에 인접한 단부를 그 실드에 전기적으로 접속하는 것이다. 이렇게 형성된 전자기 실드의 결과로서, PTC 스톤(20)의 편평한 측으로부터뿐만 아니라 제어 블록(12)의 내부로부터 나오는 일체의 간섭 방사선은 제거되지 않더라도 적어도 크게 감소된다.
도 3 및 도 4에 도시된 실시예는 전자기 실드를 훨씬 더 효과적이도록 설계하는 것을 목적으로 하는 추가 실시예이다. 이러한 목적을 위해, 절연 스트립(34)으로 덮이는 전류 레일(22, 24)의 단부에도 실드가 제공되는바, 여기에서는 외부에 있는 절연 스트립(34)을 덮는 금속 스트립 형태의 실드가 제공되며, 이 금속 스트립은 그 좁은 측부에서 가열 리브 구조물(16a, 16b)에 전기 전도식으로 연결된다. 마찬가지로, 도 4b에 도시하듯이, 횡방향 절연 스트립(35, 37)은 가열 리브 구조물(16a, 16b)에 전기 접속되는 금속 스트립(42, 44)에 의해 외부가 덮인다. 따라서, PTC 스톤(20)은 전방위적으로 완전히 봉입되며, 전자기적으로 차폐된다.
추가 구조 레벨이 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 전자기 실드의 효율은 훨씬 더 개선된다. 이는 가열 리브 구조물(16a, 16b)과 인접한 커플링 층 또는 절연 판(28, 30) 사이에 하나의 금속 판(46 또는 48)을 각각 삽입함으로써 달성된다. 금속 판(46, 48)은 금속 스트립(42, 44)에 횡방향으로 연결되거나 그와 일체로 형성될 뿐 아니라 제어 블록(12)의 하우징 벽(26)과 일체로 형성된다. 이 실시예에서, 전자기적으로 방사하는 부분은 모두 봉입되고, 따라서 간섭 방사선의 모든 방출이 거의 완전히 제거된다.

Claims (9)

  1. 고전압 전기 시스템을 갖는 차량용 전기 가열 장치로서, 상기 장치는 상호 대향하여 배치되는 전류 레일 사이에 배치되는 PTC 가열 요소를 구비하고, 상기 가열 요소에는 전자 제어 유닛으로부터 전류 레일을 거쳐서 전류가 공급되며, 상기 장치는, 전기 절연성이면서 열전도성인 커플링 층을 거쳐서 상기 전류 레일 중 하나에 각각 결합되는 금속제 가열 리브 구조물(metallic heating rib structures)을 갖는, 차량용 전기 가열 장치에 있어서,
    상기 금속제 가열 리브 구조물은 고정된 기준 전위에 전기 접속되고,
    PTC 가열 요소, 전류 레일 및 커플링 층으로 구성되는 층 구조물의 좁은 측부는 상기 고정된 기준 전위에 전기 접속되는 금속제 차폐 스트립으로 덮이는 것을 특징으로 하는
    차량용 전기 가열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은 상기 고정된 기준 전위에 연결되는 전기 실드를 갖는 하우징에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는
    차량용 전기 가열 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가열 리브 구조물은 상기 하우징의 금속 실드에 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는
    차량용 전기 가열 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속제 차폐 스트립과 상기 전류 레일의 좁은 측부 사이에 전기 절연체가 삽입되는 것을 특징으로 하는
    차량용 전기 가열 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플링 층의 각각과 상기 가열 리브 구조물 사이에는 이들과 전기적으로 및 열적으로 결합되는 하나의 금속제 차폐 층이 각각 배치되는 것을 특징으로 하는
    차량용 전기 가열 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속제 차폐 스트립은 각각 두 개의 금속 차폐 층과 함께 연속 차폐 구조물을 형성하고,
    상기 커플링 층의 각각과 상기 가열 리브 구조물 사이에는 이들과 전기적으로 및 열적으로 결합되는 하나의 금속제 차폐 층이 각각 배치되는 것을 특징으로 하는
    차량용 전기 가열 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 차폐 층은 상기 전자 제어 유닛의 하우징과 함께 연속 차폐 구조물을 형성하는 것을 특징으로 하는
    차량용 전기 가열 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정된 기준 전위는 차량 그라운드인 것을 특징으로 하는
    차량용 전기 가열 장치.
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