WO2013171093A1 - Electrical vehicle heater, particularly for a vehicle with hybrid drive or with electric drive - Google Patents

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WO2013171093A1
WO2013171093A1 PCT/EP2013/059464 EP2013059464W WO2013171093A1 WO 2013171093 A1 WO2013171093 A1 WO 2013171093A1 EP 2013059464 W EP2013059464 W EP 2013059464W WO 2013171093 A1 WO2013171093 A1 WO 2013171093A1
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ceramic substrate
heating
electric vehicle
cover
heater according
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PCT/EP2013/059464
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Ralph Trapp
Dirk Nagel
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Behr-Hella Thermocontrol Gmbh
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    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • H05B3/265—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an inorganic material, e.g. ceramic
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    • H05B2203/022—Heaters specially adapted for heating gaseous material
    • H05B2203/023—Heaters of the type used for electrically heating the air blown in a vehicle compartment by the vehicle heating system

Definitions

  • Electric vehicle heating in particular for a vehicle with hybrid drive or with electric drive
  • the invention relates to an electric vehicle heater, in particular for a vehicle with hybrid drive or electric drive.
  • the electric vehicle heating may be an air heater or else a heater that heats a heat transport medium, wherein the heat transport medium emits its thermal energy, for example via a heat exchanger, to an air stream flowing into the vehicle.
  • Such a heating module may be used to heat a (eg, flowing) heat transfer medium, which is in particular a gas (such as air) or a liquid (such as water).
  • a gas such as air
  • a liquid such as water
  • the invention proposes an electric vehicle heater, in particular for a vehicle with hybrid drive or with electric drive, wherein the vehicle heater is provided with
  • a heating module provided with a ceramic substrate having two opposite major outer side surfaces
  • the invention thus proposes a heating module for an electric vehicle heater, which has a ceramic substrate with two opposite main outer side surfaces. On at least one of these two main outer side surfaces is an electrical heating element, preferably in the form of an electrical heating conductor, which is applied for example in the paste printing process.
  • an electrical heating element preferably in the form of an electrical heating conductor, which is applied for example in the paste printing process.
  • Other electrical (especially surface) heating elements are also conceivable.
  • heating module designed in this way is now thermally coupled to a first heat exchanger, wherein the heat exchanger rests either on the ceramic substrate or on the cover element.
  • a surface irregularities balancing heat conduction such as a thermal grease can be arranged.
  • the heat energy of the heating elements is optionally delivered via an enlarged surface to the environment, ie to the along-flowing heat transfer medium (eg gas or liquid).
  • the or the heat exchanger is / are hereinafter also referred to as a heat sink.
  • the proposal according to the invention proposes an easy-to-construct heating module which operates in a highly efficient manner and is cost-effectively manufacturable.
  • As a cover for the electrical insulation of the heating module "out" (at the same time sufficient satisfactory lender thermal conductivity) eig net in particular a ceramic material.
  • a thermally conductive and electrically insulating plastic film is used. This Fol ie consists z. B.
  • Such a plastic material has in particular a chemical imido compound or a polyimide.
  • the polyimide is in particular a purely aromatic polyimide.
  • Such materials are hitzebepar ig, have ge ⁇ outgassing rings on, are moreover beam ungsbe pre strength and have Iso iereigenschaften on. They are dimensionally stable in the temperature range from -273 ° C to +400 ° C. The continuous use temperature is up to 230 ° C, for a short time 400 ° C mögl ich are.
  • Kapton® A known material with purely aromatic polyimides suitable for use in the invention is sold under the name Kapton®.
  • a passivation layer of an electrically insulating and thermally conductive material such as a glass passivation layer can be applied.
  • a plastic film or a (g lasgelötete) covering ⁇ ceramic layer can then be (but need not) be dispensed with.
  • the ceramic substrate and also the cover element may each be strip-shaped. Further, between the Schuleiterbahn or the electric heating element and the cover and / or between the cover and the cooling body or each heat sink, a thermal paste may be arranged. So that can the ceramic substrate with cover, so to speak floating, for example, between two heat sinks.
  • a second heat sink may be provided, wherein the ceramic substrate and the at least one cover element are arranged between the first and the second heat sink.
  • the ceramic substrate can have a protrusion region projecting beyond the cover element on at least one edge section and for components of a drive circuit for the at least one heat conduction path to be arranged in the protrusion region of the ceramic substrate.
  • the aforementioned drive circuit may comprise a temperature sensor, a control element for the at least one heating conductor and a control and evaluation unit, which is connected to the temperature sensor and the control element.
  • the electric vehicle heating system can also be characterized by a plurality of heating modules, each having two heat sinks, which have cooling lugs protruding to opposite sides of a heating module, and a holding frame, in which the heating modules are arranged next to one another, wherein the cooling vanes of the heat sinks of two adjacent heat sinks facing each other Interlock heating modules. It is possible that the cooling vanes of the outer heatsink of the two farthest spaced heating modules are covered by cover portions of the holding frame at least partially.
  • the electric vehicle heater according to the invention may, alternatively or in addition to the aforementioned features, have one of the following features:
  • a ceramic substrate on the one or both sides of the paste printing method a printed circuit board is printed, which serves as a heating element, wherein a heat conducting foil, which is applied to the conductor, this isolated.
  • a radiator radiates the heat of the track to the air.
  • a semiconductor device or another component of an electrical circuit may be arranged, with which the Schuleiterbahn can be controlled.
  • the component emits its heat loss to the ceramic substrate, which in turn its additional heat through the heating or cooling body is discharged to the environment.
  • a cover ceramic with heat-conducting adhesive for insulation can be fixed on the conductor track of the ceramic substrate.
  • the cover ceramic can also be placed on the one-sided printed ceramic substrate in thermal grease and is then about staples or the like. mechanical fasteners optionally together with the cooling / radiator fixed.
  • FIG. 2 shows a view of an electric heater with a plurality of electric heating modules according to FIG. 1.
  • Fig. 1 shows in perspective and in Explosionsdarstell ung the layer structure of an electric heating module 10 for high voltage vehicle bordnetze z. B. of up to 1 kV for heating air or water as a heat transport medium.
  • the electrical heating module 10 comprises a ceramic substrate 12, on which a heat conductor track 14 is applied, in particular in the pastend jerk process.
  • the heating conductor 14 is guided at its two ends 16 into a contacting region 18 of the ceramic substrate 12.
  • electrical or electronic components 20 may be located.
  • the Schuleiterbahn 14 is covered by a polyimide plastic film ie 22, the Elektromig rations prevented, d breakdown and high temperature resistant (up to 400 ° C) and is a protection against contact.
  • This plastic film 22 also protects the Schuleiterbahn 14 from moisture keit.
  • Kunststofffol ie 22 ie he can be formed, for example, as Kapton®- foil, a layer of a thermal compound 24 angeord net be.
  • the entire structure of the electric heating module 10 is substantially strip-shaped. With such a strip-shaped heating module 10, it is possible, if required, to apply an electrical voltage of approx. 400 V a heating capacity of approx. 1 kW to produce.
  • the ceramic substrate 12 may be provided on both sides with a Bankleiterbahn 14, as shown on the top of the in FIG. 1 ceramic substrate 12 can be seen. With double-sided printing of the ceramic substrate 12 with a Edelleiterbahn 14 is then on both Bankleiterbahnen 14 a (especially polyimide) plastic film 22.
  • the resulting heating module 10 can then be angeord net between two heat sinks of thermally conductive material, each having a Layer of thermal compound 24 with a different union side of the ceramic substrate 12 are thermally coupled. In this way, the ceramic substrate 12 and the heating module 10 so to speak "floating" between the two cooling bodies arranged.
  • An example of a first cooling body 26 is shown in FIG. 1 shown. It has a base plate 28 with cooling lugs 30 projecting from it.
  • the base plate 28 is in contact with the plastic film 22 and the réelleleitpaste 24 (if present), while the cooling vanes 30 are aligned so that between them air can flow hind.
  • the cooling vanes 30 have in the flow direction successive cooling lug portions 32 which are tilted against each other. In this way, as well as by a possible three-dimensional surface structure of the cooling vanes 30, the heat transfer is increased from the cooling vanes 30 to the air.
  • the heating module is used to heat a liquid, eg. As water, used, the heat sink or the heat sink, for example, formed as a heat exchanger housing, d urch by the liquid üssig (compared to the electrical components of the heating module 10 separated and sealed) flows.
  • FIG. 2 shows, by way of example, the structure of an electric full or (additional) heater 34 for a vehicle, which has a frame 36 with a plurality of heat conducting plates 38 held within the frame 36 as a heat sink 40. Between each adjacent bathleitblechen 38 are the strip-shaped Bankmod ule 10 of FIG. 1, the contacting areas 18 in a Anschl ussmod ul 42 protrude. In the connection module 42, the electrical contacting of the heating module 10 and, if appropriate, its activation (as far as it is not taken over by the components 20 in the contacting regions 18 of the heating module 10) takes place.
  • Connection module for the heating modules of the heating

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

The electrical vehicle heater, particularly for a vehicle with hybrid drive or with electric drive has a heating module (10) which is provided with a ceramic substrate (12) having two opposing main external surfaces. The heating module (10) additionally has an electrical heating conductor track (14) on at least one of the two main external surfaces, and a cover element (22) which is glued onto the main external surface furnished with the heating conductor track (14) or mechanically fixed thereto. The heating module (10) is additionally furnished with a first cooling body (26), which is thermally coupled to the ceramic substrate (12) and/or the cover element (22).

Description

Elektrische Fahrzeugheizung, insbesondere für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder mit Elektroantrieb  Electric vehicle heating, in particular for a vehicle with hybrid drive or with electric drive
Die Erfindung betrifft eine elektrische Fahrzeugheizung, und zwar insbesondere für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder mit Elektroantrieb. Bei der elektrischen Fahrzeugheizung kann es sich um eine Luft-Heizung oder aber auch um eine ein Wärmetransportmedium erwärmende Heizung handeln, wobei das Wärmetransportmedium seine thermische Energie beispielsweise über einen Wärmetauscher an einen in das Fahrzeug einströmenden Luftstrom abgibt. The invention relates to an electric vehicle heater, in particular for a vehicle with hybrid drive or electric drive. The electric vehicle heating may be an air heater or else a heater that heats a heat transport medium, wherein the heat transport medium emits its thermal energy, for example via a heat exchanger, to an air stream flowing into the vehicle.
Es ist bekannt, konventionelle Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren mit einer zusätzlichen elektrischen Heizung auszustatten, damit bereits während der Aufwärmphase des Motorkühlmittels ausreichende Energie zur Erwärmung des Fahrzeuginnenraums zur Verfügung steht. Auch bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren, bei denen betriebsart- oder konstruktivbedingt das Kühlmittel eine zu geringe Temperatur aufweist, können derartige elektrische Zusatzheizungen eingesetzt werden. Schließlich werden elektrische Fahrzeugheizungen insbesondere in Fahrzeugen mit Hybrid- oder mit Elektroantrieb eingesetzt. It is known to provide conventional vehicles with internal combustion engines with an additional electric heater so that even during the warm-up phase of the engine coolant sufficient energy for heating the vehicle interior is available. Even in vehicles with internal combustion engines, where the mode of operation or design, the coolant has a too low temperature, such electrical booster heaters can be used. Finally, electric vehicle heaters are used in particular in vehicles with hybrid or electric drive.
Für den größer werdenden Markt für elektrische (z.B. Zusatz-)Heizungen in Fahrzeugen ist es erforderlich, über ein einfach konstruiertes und damit kostengünstig herstellbares Heizmodul zu verfügen. Ein solches Heizmodul kann zur Erwärmung eines (z. B. strömenden) Wärmetransportmediums eingesetzt werden, bei dem es sich insbesondere um ein Gas (wie Luft) oder um eine Flüssigkeit (wie z.B. Wasser) handelt. In the growing market for electric (e.g., auxiliary) heaters in vehicles, it is necessary to have a heating module that is simple in design and, thus, inexpensive to produce. Such a heating module may be used to heat a (eg, flowing) heat transfer medium, which is in particular a gas (such as air) or a liquid (such as water).
Angesichts dieser Anforderungen wird mit der Erfindung eine elektrische Fahr- zeugheizung, insbesondere für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder mit Elektroantrieb, vorgeschlagen, wobei die Fahrzeugheizung versehen ist mit In view of these requirements, the invention proposes an electric vehicle heater, in particular for a vehicle with hybrid drive or with electric drive, wherein the vehicle heater is provided with
einem Heizmodul, das versehen ist mit einem Keramiksubstrat, das zwei gegenüberliegende Hauptaußenseitenflächen aufweist, a heating module provided with a ceramic substrate having two opposite major outer side surfaces,
einer elektrischen Heizleiterbahn auf mindestens einer der beiden Hauptaußenseitenflächen,  an electrical heating conductor on at least one of the two main outer side surfaces,
- einem Abdeckelement, das auf der mit der Heizleiterbahn versehenen - A cover provided on the with the Heizleiterbahn
Hauptaußenseitenfläche aufgeklebt oder an dieser mechanisch fixiert ist, und Main outer side surface glued or mechanically fixed to this, and
einem mit dem Keramiksubstrat und/oder dem Abdeckelement thermisch gekoppelten ersten Wärmetauscher zur Abgabe von Wärme- energie an ein Wärmetransportmedium.  one with the ceramic substrate and / or the cover thermally coupled first heat exchanger for delivering heat energy to a heat transfer medium.
Mit der Erfindung wird also ein Heizmodul für eine elektrische Fahrzeugheizung vorgeschlagen, das ein Keramiksubstrat mit zwei gegenüberliegenden Hauptaußenseitenflächen aufweist. Auf mindestens einer dieser beiden Hauptaußen- Seitenflächen befindet sich ein elektrisches Heizelement vorzugsweise in Form einer elektrischen Heizleiterbahn, die beispielsweise im Pastendruckverfahren aufgebracht ist. Andere elektrische (insbesondere Flächen-)Heizelemente sind ebenfalls denkbar. Auf der bzw. jeder mit einem Heizelement versehenen Hauptaußenseitenfläche des Keramiksubstrats befindet sich eine Hochtempe- ratur-Wärmeleitfolie oder allgemein ausgedrückt ein thermisch leitendes sowie elektrisch isolierendes Abdeckelement, das insbesondere mit der Hauptaußenseitenfläche bzw. dem Heizelement verklebt oder auf andere Art und Weise mechanisch fixiert ist. Das derart ausgestaltete Heizmodul ist nun mit einem ersten Wärmetauscher thermisch gekoppelt, wobei der Wärmetauscher entwe- der an dem Keramiksubstrat oder an dem Abdeckelement anliegt. Gegebenenfalls kann noch zwischen dem Wärmetauscher und dem Keramiksubstrat bzw. dem Abdeckelement ein Oberflächenunebenheiten ausgleichendes Wärmeleitmaterial, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, angeordnet sein. Durch den Wärmetauscher wird die Wärmeenergie der Heizelemente gegebenenfalls über eine vergrößerte Oberfläche an die Umgebung, d.h. an das entlangströmende Wärmetransportmedium (z.B. Gas oder Flüssigkeit) abgegeben. Der bzw. die Wärmetauscher wird/werden nachfolgend auch als Kühlkörper bezeichnet. Durch den erfindu ngsgemäßen Vorschlag wird ein einfach zu konstruierendes Heizmodul angegeben, das hocheffizient arbeitet und kosteng ünstig herstel lbar ist. Als Abdeckelement für die elektrische Isolation des Heizmoduls "nach außen " (bei gleichzeitiger ausreichend zufriedenstel lender thermischer Leitfähigkeit) eig net sich insbesondere ein Keramikmaterial . Vorzugsweise jedoch wird eine thermisch leitende sowie elektrisch isolierende Kunststofffolie eingesetzt. Diese Fol ie besteht z. B. aus einem Hochleistungskunststoff, der eine durchschlags- feste elektrische Isolation bei gleichzeitig g uter Wärmeleitfähig keit gewährleistet. Ein derartiges Kunststoffmaterial weist insbesondere eine chemische Imidoverbindung oder ein Polyimid auf. Das Polyimid ist insbesondere ein rein aromatisches Polyimid . Derartige Materialien sind hitzebeständ ig , weisen ge¬ ringe Ausgasungen auf, sind darüber hinaus strahl ungsbeständ ig und weisen Isol iereigenschaften auf. Sie sind formstabil im Temperaturbereich von -273 °C bis zu +400 °C. Dabei liegt die Dauereinsatztemperatur bei bis zu 230 °C, wobei kurzzeitig 400 °C mögl ich sind . Ein bekanntes Material mit rein aromatischen Polyimiden, das sich für den Einsatz bei der Erfind ung eignet, wird unter der Bezeichnung Kapton® vertrieben . Alternativ kann als Abdeckmaterial auf das Keramiksubstrat eine Passivierungsschicht aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Material wie z. B. eine Glaspassivierungsschicht aufgebracht werden . Eine Kunststofffolie bzw. eine (g lasgelötete) Abdeck¬ keramikschicht kann dann (muss aber nicht) entfallen . Durch die zuvor genannten Alternativen können elektrische Isolationen bis zu einigen wenigen kV (Prüf-)Spannungen erzielt werden . The invention thus proposes a heating module for an electric vehicle heater, which has a ceramic substrate with two opposite main outer side surfaces. On at least one of these two main outer side surfaces is an electrical heating element, preferably in the form of an electrical heating conductor, which is applied for example in the paste printing process. Other electrical (especially surface) heating elements are also conceivable. On the or each provided with a heating element main outer side surface of the ceramic substrate is a high-temperature Wärmeleitfolie or in general terms a thermally conductive and electrically insulating cover member which is glued in particular with the main outer side surface or the heating element or mechanically fixed in any other way , The heating module designed in this way is now thermally coupled to a first heat exchanger, wherein the heat exchanger rests either on the ceramic substrate or on the cover element. Optionally, even between the heat exchanger and the ceramic substrate or the cover a surface irregularities balancing heat conduction, such as a thermal grease can be arranged. Through the heat exchanger, the heat energy of the heating elements is optionally delivered via an enlarged surface to the environment, ie to the along-flowing heat transfer medium (eg gas or liquid). The or the heat exchanger is / are hereinafter also referred to as a heat sink. The proposal according to the invention proposes an easy-to-construct heating module which operates in a highly efficient manner and is cost-effectively manufacturable. As a cover for the electrical insulation of the heating module "out" (at the same time sufficient satisfactory lender thermal conductivity) eig net in particular a ceramic material. Preferably, however, a thermally conductive and electrically insulating plastic film is used. This Fol ie consists z. B. from a high performance plastic, which ensures a breakdown-proof electrical insulation at the same time good thermal conductivity. Such a plastic material has in particular a chemical imido compound or a polyimide. The polyimide is in particular a purely aromatic polyimide. Such materials are hitzebeständ ig, have ge ¬ outgassing rings on, are moreover beam ungsbeständ strength and have Iso iereigenschaften on. They are dimensionally stable in the temperature range from -273 ° C to +400 ° C. The continuous use temperature is up to 230 ° C, for a short time 400 ° C mögl ich are. A known material with purely aromatic polyimides suitable for use in the invention is sold under the name Kapton®. Alternatively, as a covering material on the ceramic substrate, a passivation layer of an electrically insulating and thermally conductive material such. B. a glass passivation layer can be applied. A plastic film or a (g lasgelötete) covering ¬ ceramic layer can then be (but need not) be dispensed with. By the above alternatives electrical insulation can be achieved up to a few kV (test) voltages.
Weitere vorteil hafte Eigenschaften und Ausgestaltungen der Erfind ung sind in den Unteransprüchen angegeben . Danach können das Keramiksubstrat und auch das Abdeckelement jeweils streifenförmig ausgebildet sein . Ferner kann zwischen der Heizleiterbahn bzw. dem elektrischen Heizelement und dem Abdeckelement und/oder zwischen dem Abdeckelement und dem Kühl körper bzw. und jedem Kühlkörper eine Wärmeleitpaste angeordnet sein . Damit kann sich das Keramiksubstrat mit Abdeckelement sozusagen schwimmend beispielsweise zwischen zwei Kühlkörpern befinden. Further advantageous properties and embodiments of the invention are given in the dependent claims. Thereafter, the ceramic substrate and also the cover element may each be strip-shaped. Further, between the Heizleiterbahn or the electric heating element and the cover and / or between the cover and the cooling body or each heat sink, a thermal paste may be arranged. So that can the ceramic substrate with cover, so to speak floating, for example, between two heat sinks.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass auf beiden Hauptaußenseitenflächen des Keramiksubstrats eine Heizleiterbahn mit aufgeklebtem oder mechanisch fixiertem Abdeckelement angeordnet ist. In an advantageous embodiment of the invention is further provided that is arranged on both main outer side surfaces of the ceramic substrate, a heating conductor with glued or mechanically fixed cover.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ein zweiter Kühlkörper vorgesehen sein, wobei das Keramiksubstrat und das mindestens eine Ab- deckelement zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlkörper angeordnet sind. In a further embodiment of the invention, a second heat sink may be provided, wherein the ceramic substrate and the at least one cover element are arranged between the first and the second heat sink.
Ferner ist es möglich, dass das Keramiksubstrat an mindestens einem Randabschnitt einen über das Abdeckelement vorstehenden Überstandsbereich auf- weist und dass in dem Überstandsbereich des Keramiksubstrats Bauelemente einer Ansteuerschaltung für die mindestens eine Heizleiterbahn angeordnet sind. Furthermore, it is possible for the ceramic substrate to have a protrusion region projecting beyond the cover element on at least one edge section and for components of a drive circuit for the at least one heat conduction path to be arranged in the protrusion region of the ceramic substrate.
Die zuvor genannte Ansteuerschaltung kann einen Temperaturfühler, ein An- Steuerungselement für die mindestens eine Heizleiterbahn und eine Ansteuer- und Auswerteeinheit aufweisen, die mit dem Temperaturfühler und dem An- steuerungselement verbunden ist. The aforementioned drive circuit may comprise a temperature sensor, a control element for the at least one heating conductor and a control and evaluation unit, which is connected to the temperature sensor and the control element.
Die elektrische Fahrzeugheizung kann ferner gekennzeichnet sein durch meh- rere Heizmodule mit jeweils zwei Kühlkörpern, die zu gegenüberliegenden Seiten eines Heizmoduls abstehende Kühlfahnen aufweisen, und einen Halterahmen, in dem die Heizmodule nebeneinander angeordnet gehalten sind, wobei die Kühlfahnen der einander zugewandt angeordneten Kühlkörper zweier benachbarter Heizmodule ineinandergreifen. Dabei ist es möglich, dass die Kühlfahnen der außenliegenden Kühlkörper der beiden am weitesten voneinander beabstandeten Heizmodule durch Abdeckabschnitte des Halterahmens zumindest teilweise abgedeckt sind . Die erfindungsgemäße elektrische Fahrzeugheizung kann alternativ oder zusätzlich zu den zuvor genannten Merkmalen eines der nachfolgend aufgeführten Merkmale aufweisen : The electric vehicle heating system can also be characterized by a plurality of heating modules, each having two heat sinks, which have cooling lugs protruding to opposite sides of a heating module, and a holding frame, in which the heating modules are arranged next to one another, wherein the cooling vanes of the heat sinks of two adjacent heat sinks facing each other Interlock heating modules. It is possible that the cooling vanes of the outer heatsink of the two farthest spaced heating modules are covered by cover portions of the holding frame at least partially. The electric vehicle heater according to the invention may, alternatively or in addition to the aforementioned features, have one of the following features:
1. Ein Keramiksubstrat, auf das im Pastendruckverfahren ein- bzw. beidseitig eine Leiterbahn aufgedruckt ist, die als Heizelement dient, wobei eine Wärmeleitfolie, die auf der Leiterbahn aufgebracht ist, diese isoliert. Ein Kühl- bzw. Heizkörper gibt die Wärme der Leiterbahn an die Luft ab. 1. A ceramic substrate on the one or both sides of the paste printing method, a printed circuit board is printed, which serves as a heating element, wherein a heat conducting foil, which is applied to the conductor, this isolated. A radiator radiates the heat of the track to the air.
2. Auf dem Keramiksubstrat kann ein Halbleiterbauelement oder ein anderes Bauelement einer elektrischen Schaltung angeordnet sein, mit dem die Heizleiterbahn ansteuerbar ist. Das Bauelement gibt dabei seine Verlustwärme an das Keramiksubstrat ab, womit wiederum dessen zusätzliche Wärme über den Heiz- bzw. Kühlkörper an die Umgebung abgegeben wird. 2. On the ceramic substrate, a semiconductor device or another component of an electrical circuit may be arranged, with which the Heizleiterbahn can be controlled. The component emits its heat loss to the ceramic substrate, which in turn its additional heat through the heating or cooling body is discharged to the environment.
3. Alternativ kann auf der Leiterbahn des Keramiksubstrats eine Abdeckkeramik mit wärmeleitendem Kleber zur Isolation fixiert sein. Die Abdeckkeramik kann aber auch auf das einseitig bedruckte Keramiksubstrat in Wärmeleitpaste gelegt sein und ist dann über Klammern o.dgl. mechanische Befestigungselemente gegebenenfalls zusammen mit dem Kühl-/ Heizkörper fixiert. 3. Alternatively, a cover ceramic with heat-conducting adhesive for insulation can be fixed on the conductor track of the ceramic substrate. The cover ceramic can also be placed on the one-sided printed ceramic substrate in thermal grease and is then about staples or the like. mechanical fasteners optionally together with the cooling / radiator fixed.
4. Darüber hinaus lässt sich das erfindungsgemäße Konzept mit den in WO 2011/120946 AI und WO 2011/085915 AI offenbarten Merkmalen kombinieren, wobei anzumerken ist, dass die in der zuletzt genannten Druckschrift beschriebene Glaslotschicht erfindungsgemäß entfällt. Der Gegenstand der beiden zuvor genannten Druckschriften wird insoweit durch Bezugnahme auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung. 4. In addition, the concept according to the invention can be combined with the features disclosed in WO 2011/120946 A1 and WO 2011/085915 A1, wherein it should be noted that the glass solder layer described in the last-mentioned document is omitted according to the invention. The subject matter of the two aforementioned publications is in this respect by reference also to the subject of the present application.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei : Fig . 1 in Explosionsdarstel lung und perspektivisch den Aufbau des elektrischen Heizmoduls (noch ohne Kühl körper) und The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment and with reference to the drawing. In detail, they show: Fig. 1 in Explosionsdarstel development and perspective the structure of the electric heating module (even without cooling body) and
Fig . 2 eine Ansicht auf einen elektrischen Zuheizer mit mehreren elektri- sehen Heizmod ulen gemäß Fig . 1. Fig. FIG. 2 shows a view of an electric heater with a plurality of electric heating modules according to FIG. 1.
Fig . 1 zeigt perspektivisch und in Explosionsdarstell ung den Schichtenaufbau eines elektrischen Heizmoduls 10 für Hochvolt- Fahrzeug bordnetze z. B. von bis zu 1 kV zur Erwärmung von Luft oder Wasser als Wärmetransportmedium . Das elektrische Heizmod ul 10 umfasst ein Keramiksubstrat 12, auf dem insbesondere im Pastend ruckverfahren eine Heizleiterbahn 14 aufgebracht ist. Die Heizleiterbahn 14 ist an ihren beiden Enden 16 bis in einen Kontaktierungsbe- reich 18 des Keramiksubstrats 12 geführt. In dem Kontaktierungsbereich 18 können sich elektrische bzw. elektronische Bauelemente 20 befinden . Die Heizleiterbahn 14 ist von einer Polyimid- Kunststofffol ie 22 abgedeckt, die Elektromig rationen verhindert, d urchschlagsfest sowie hochtemperaturbeständig (bis 400 °C) ist und die einen Berührungsschutz darstellt. Diese Kunststofffolie 22 schützt die Heizleiterbahn 14 überdies vor Feuchtig keit. Auf der Kunststofffol ie 22, d ie beispielsweise als Kapton®- Folie ausgebildet sein kann, kann eine Schicht aus einer Wärmeleitpaste 24 angeord net sein . Der gesamte Aufbau des elektrischen Heizmoduls 10 ist im Wesentlichen streifenförmig . Mit einem derartigen streifenförmigen Heizmod ul 10 ist es mög lich, unter Anleg ung einer elektrischen Spannung von ca . 400 V eine Heizleistung von ca . 1 kW zu erzeugen . Fig. 1 shows in perspective and in Explosionsdarstell ung the layer structure of an electric heating module 10 for high voltage vehicle bordnetze z. B. of up to 1 kV for heating air or water as a heat transport medium. The electrical heating module 10 comprises a ceramic substrate 12, on which a heat conductor track 14 is applied, in particular in the pastend jerk process. The heating conductor 14 is guided at its two ends 16 into a contacting region 18 of the ceramic substrate 12. In the contacting region 18, electrical or electronic components 20 may be located. The Heizleiterbahn 14 is covered by a polyimide plastic film ie 22, the Elektromig rations prevented, d breakdown and high temperature resistant (up to 400 ° C) and is a protection against contact. This plastic film 22 also protects the Heizleiterbahn 14 from moisture keit. On the Kunststofffol ie 22, ie he can be formed, for example, as Kapton®- foil, a layer of a thermal compound 24 angeord net be. The entire structure of the electric heating module 10 is substantially strip-shaped. With such a strip-shaped heating module 10, it is possible, if required, to apply an electrical voltage of approx. 400 V a heating capacity of approx. 1 kW to produce.
Das Keramiksubstrat 12 kann beidseitig mit einer Heizleiterbahn 14 versehen sein, wie sie auf der Oberseite des in Fig . 1 gezeigten Keramiksubstrats 12 zu erkennen ist. Bei beidseitiger Bedruckung des Keramiksubstrats 12 mit einer Heizleiterbahn 14 befindet sich dann auch auf beiden Heizleiterbahnen 14 eine (insbesondere Polyimid-) Kunststofffolie 22. Das sich so ergebende Heizmodul 10 kann dann zwischen zwei Kühlkörpern aus thermisch leitendem Material angeord net sein, die jeweils über eine Schicht aus Wärmeleitpaste 24 mit einer unterschied lichen Seite des Keramiksubstrats 12 thermisch gekoppelt sind . Auf diese Weise ist das Keramiksubstrat 12 bzw. das Heizmodul 10 sozusagen "schwimmend " zwischen den beiden Kühl körpern angeordnet. Ein Beispiel für einen ersten Kühl körper 26 ist in Fig . 1 gezeigt. Er weist eine Basisplatte 28 mit von d ieser abstehenden Kühlfahnen 30 auf. Die Basisplatte 28 steht in Kontakt mit der Kunststofffolie 22 bzw. der Wärmeleitpaste 24 (sofern vorhanden), während die Kühlfahnen 30 derart ausgerichtet sind, dass zwischen ihnen Luft hind urchströmen kann . Die Kühlfahnen 30 weisen in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende Kühlfahnenabschnitte 32 auf, die gegeneinander gekippt sind . Hierdurch sowie durch eine mögl iche dreidimensionale Oberflächenstruktur der Kühlfahnen 30 wird der Wärmeü bergang von den Kühlfahnen 30 zur Luft erhöht. Wird das Heizmod ul zur Erwärmung einer Fl üssig keit, z. B. Wasser, eingesetzt, ist der Kühlkörper bzw. sind die Kühlkörper beispielsweise als Wärmetauschergehäuse ausgebildet, d urch die die Fl üssig keit (gegenüber den elektrischen Komponenten des Heizmoduls 10 getrennt und abged ichtet) strömt. Es ist denkbar, dass die zu erwärmende Fl üssig keit zunächst d urch einen ersten Wärmetauscher, der mit einer ersten Seite des Keramiksubstrats 12 thermisch gekoppelt ist, strömt, um anschließend d urch einen zweiten Wärmetauscher geleitet zu werden, der mit einer zweiten Seite des Keramiksubstrats 12 thermisch gekoppelt ist. Fig . 2 zeigt beispielhaft den Aufbau einer elektrischen Voll- oder (Zusatz-) Hei- zung 34 für ein Fahrzeug, die einen Rahmen 36 mit mehreren innerhalb des Rahmens 36 gehaltenen Wärmeleitblechen 38 als Kühlkörper 40 aufweist. Zwischen jeweils benachbarten Wärmeleitblechen 38 befinden sich die streifenförmigen Heizmod ule 10 gemäß Fig . 1 , deren Kontaktierungsbereiche 18 in ein Anschl ussmod ul 42 hineinragen . In dem Anschlussmodul 42 erfolgt die elektrische Kontaktierung der Heizmod ule 10 sowie gegebenenfal ls deren Ansteue- rung (soweit diese nicht von den Bauelementen 20 in den Kontaktierungsbe- reichen 18 der Heizmod ule 10 übernommen wird) . BEZUGSZEICHENLISTE Heizmodul The ceramic substrate 12 may be provided on both sides with a Heizleiterbahn 14, as shown on the top of the in FIG. 1 ceramic substrate 12 can be seen. With double-sided printing of the ceramic substrate 12 with a Heizleiterbahn 14 is then on both Heizleiterbahnen 14 a (especially polyimide) plastic film 22. The resulting heating module 10 can then be angeord net between two heat sinks of thermally conductive material, each having a Layer of thermal compound 24 with a different union side of the ceramic substrate 12 are thermally coupled. In this way, the ceramic substrate 12 and the heating module 10 so to speak "floating" between the two cooling bodies arranged. An example of a first cooling body 26 is shown in FIG. 1 shown. It has a base plate 28 with cooling lugs 30 projecting from it. The base plate 28 is in contact with the plastic film 22 and the Wärmeleitpaste 24 (if present), while the cooling vanes 30 are aligned so that between them air can flow hind. The cooling vanes 30 have in the flow direction successive cooling lug portions 32 which are tilted against each other. In this way, as well as by a possible three-dimensional surface structure of the cooling vanes 30, the heat transfer is increased from the cooling vanes 30 to the air. If the heating module is used to heat a liquid, eg. As water, used, the heat sink or the heat sink, for example, formed as a heat exchanger housing, d urch by the liquid üssig (compared to the electrical components of the heating module 10 separated and sealed) flows. It is conceivable that the liquid to be heated first flows through a first heat exchanger, which is thermally coupled to a first side of the ceramic substrate 12, to be subsequently passed through a second heat exchanger connected to a second side of the ceramic substrate 12 is thermally coupled. Fig. FIG. 2 shows, by way of example, the structure of an electric full or (additional) heater 34 for a vehicle, which has a frame 36 with a plurality of heat conducting plates 38 held within the frame 36 as a heat sink 40. Between each adjacent Wärmeleitblechen 38 are the strip-shaped Heizmod ule 10 of FIG. 1, the contacting areas 18 in a Anschl ussmod ul 42 protrude. In the connection module 42, the electrical contacting of the heating module 10 and, if appropriate, its activation (as far as it is not taken over by the components 20 in the contacting regions 18 of the heating module 10) takes place. REFERENCE LIST Heating module
Keramiksubstrat des Heizmoduls Ceramic substrate of the heating module
elektrische Heizleiterbahn auf dem Keramiksubstrat electrical heating conductor on the ceramic substrate
Enden der Heizleiterbahn Ends of the heating conductor
Kontaktierungs- bzw. Überstandsbereich des Keramiksubstrats Bauelemente im Kontaktierungs- bzw. Überstandsbereich Polyimid-Kunststofffolie Contacting or supernatant region of the ceramic substrate Components in the contacting or supernatant region Polyimide plastic film
Wärmeleitpaste Thermal Compounds
Kühlkörper heatsink
Basisplatte des Kühlkörpers Base plate of the heat sink
Kühlfahnen des Kühlkörpers Cooling vanes of the heat sink
Kühlfahnenabschnitte Cooling fins sections
elektrische Heizung electric heating
Rahmen der Heizung Frame of heating
Wärmeleitbleche der Heizung Wärmeleitbleche the heating
Kühlkörper der Heizung Heat sink of the heater
Anschlussmodul für die Heizmodule der Heizung Connection module for the heating modules of the heating

Claims

ANSPRUCHE
Elektrische Fahrzeugheizung, insbesondere für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder mit Elektroantrieb, mit Electric vehicle heating, in particular for a vehicle with hybrid drive or with electric drive, with
einem Heizmodul (10), das versehen ist mit  a heating module (10) provided with
einem Keramiksubstrat (12), das zwei gegenüberliegende Hauptaußenseitenflächen aufweist,  a ceramic substrate (12) having two opposite major outer side surfaces,
einer elektrischen Heizleiterbahn (14) auf mindestens einer der beiden Hauptaußenseitenflächen,  an electrical heating conductor track (14) on at least one of the two main outer side surfaces,
einem Abdeckelement (22), das auf der mit der Heizleiterbahn (14) versehenen Hauptaußenseitenfläche aufgeklebt oder an dieser mechanisch fixiert ist, und  a cover member (22) adhered to or mechanically fixed to the main outer side surface provided with the heating conductor (14), and
einem mit dem Keramiksubstrat (12) und/oder dem Abdeckelement (22) thermisch gekoppelten ersten Wärmetauscher (26) zur Abgabe von Wärmeenergie an ein Wärmetransportmedium.  a first heat exchanger (26) thermally coupled to the ceramic substrate (12) and / or the cover member (22) for delivering heat energy to a heat transfer medium.
Elektrische Fahrzeugheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (22) als eine thermisch leitende sowie elektrisch isolierende Kunststofffolie, aus insbesondere eine Imidoverbindung oder ein Polyimid aufweist, ausgebildet ist oder dass das Abdeckelement (22) Keramikmaterial aufweist oder dass das Abdeckelement (22) eine Passi- vierungsschicht insbesondere aus Glas aufweist. Electric vehicle heater according to claim 1, characterized in that the cover (22) as a thermally conductive and electrically insulating plastic film, in particular an imido compound or a polyimide is formed, or that the cover (22) comprises ceramic material or that the cover (22 ) has a passivation layer, in particular made of glass.
Elektrische Fahrzeugheizung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramiksubstrat (12) und das Abdeckelement (22) jeweils streifenförmig ausgebildet ist. Electric vehicle heater according to claim 1 or 2, characterized in that the ceramic substrate (12) and the cover member (22) is in each case strip-shaped.
Elektrische Fahrzeugheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Heizleiterbahn (14) und dem Abdeckelement (22) und/oder zwischen dem Abdeckelement (22) und dem Wärmetauscher (26) eine Wärmeleitpaste (24) angeordnet ist. Electric vehicle heater according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the heating conductor (14) and the cover (22) and / or between the cover (22) and the heat exchanger (26) a thermal paste (24) is arranged.
5. Elektrische Fahrzeugheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Hauptaußenseitenflächen des Keramiksubstrats (12) eine Heizleiterbahn (14) mit aufgeklebtem oder mechanisch fixiertem Abdeckelement (22) angeordnet ist. 5. Electric vehicle heater according to one of claims 1 to 4, characterized in that on both main outer side surfaces of the ceramic substrate (12) a heating conductor (14) with glued or mechanically fixed cover (22) is arranged.
6. Elektrische Fahrzeugheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen zweiten Wärmetauscher (26), wobei das Keramiksubstrat (12) und das mindestens eine Abdeckelement (22) zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher (26) angeordnet sind . 6. Electric vehicle heater according to one of claims 1 to 5, characterized by a second heat exchanger (26), wherein the ceramic substrate (12) and the at least one cover member (22) between the first and the second heat exchanger (26) are arranged.
7. Elektrische Fahrzeugheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Keramiksubstrat (12) an mindestens einem Randabschnitt einen über das Abdeckelement (22) vorstehenden Überstandsbereich (18) aufweist und dass in dem Überstandsbereich (18) des Keramiksubstrats (12) Bauelemente (20) einer Ansteuerschaltung für die mindestens eine Heizleiterbahn (14) angeordnet sind . 7. Electric vehicle heater according to one of claims 1 to 6, characterized in that ceramic substrate (12) has at least one edge portion over the cover member (22) projecting supernatant region (18) and that in the supernatant region (18) of the ceramic substrate (12). Components (20) of a drive circuit for the at least one heating conductor (14) are arranged.
8. Elektrische Fahrzeugheizung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung einen Temperaturfühler, ein Ansteuerungs- element für die mindestens eine Heizleiterbahn (14) und eine Ansteuer- und Auswerteeinheit aufweist, die mit dem Temperaturfühler und dem Ansteuerungselement verbunden ist. 8. Electric vehicle heater according to claim 7, characterized in that the drive circuit has a temperature sensor, a drive element for the at least one heating conductor (14) and a drive and evaluation unit, which is connected to the temperature sensor and the drive element.
9. Elektrische Fahrzeugheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (26) einen Kühlkörper mit mehreren benachbart zueinander angeordneten, abstehenden Kühlfahnen (20) aufweist, zwischen denen das Wärmetransportmedium hindurchströmen kann, wobei zumindest einige der Kühlfahnen (20) - in Strömungsrichtung des Wärmetransportmediums betrachtet - gegeneinander gekippt ausgerichtete Kühlfahnenabschnitte (32) aufweist. 9. Electric vehicle heater according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first heat exchanger (26) has a cooling body with a plurality of adjacently arranged, projecting cooling vanes (20), between which the heat transfer medium can flow, wherein at least some of the cooling vanes ( 20) - viewed in the flow direction of the heat transport medium - tilted against each other aligned cooling vane sections (32).
10. Elektrische Fahrzeugheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mehrere Heizmodule (10) mit jeweils zwei Wärme- tauschern (26), die zu gegenüberliegenden Seiten eines Heizmoduls (10) abstehende Kühlfahnen aufweisen, und einen Halterahmen, in dem die Heizmodule (10) nebeneinander angeordnet gehalten sind . 10. Electric vehicle heater according to one of claims 1 to 9, characterized by a plurality of heating modules (10) each having two heat exchangers (26) having cooling lugs protruding to opposite sides of a heating module (10), and a holding frame in which the heating modules (10) are kept side by side.
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