车辆的空调装置的集成式热芯、空调装置和热管理系统

技术领域

本发明涉及车辆领域，尤其是涉及一种用于车辆的空调装置的集成式热芯。本发明还涉及一种相应的用于车辆的空调装置和一种用于车辆的热管理系统。

背景技术

目前，随着环境污染和能源问题的日益凸显，越来越多的人选择电动车辆、尤其是纯电动车辆作为出行工具。尤其在纯电动车辆中，利用电池和电动机的组合替代传统的燃油发动机以输出动力，其中，在传统的燃油车辆中通过回收发动机冷却液的热量实现制热功能，但纯电动车辆的电动机和电池在工作时所释放的热量远不足以满足车辆的制热需求，例如空调暖风、座椅加热或除霜等。

当处于低温环境时，为了实现电动车辆的制热功能、尤其是空调暖风，存在不同的解决方案，其中，比较常见的一种是热泵系统，所述热泵系统能够收集环境中的热量并将所述热量传递至车舱或电池包等位置，从而实现暖风加热或电池加热等功能，但所述热泵系统在极端条件下无法满足采暖需求并且响应速度相对较慢；另一种是利用PCT加热器加热冷却剂回路中的冷却剂，被加热的冷却剂通过空调中的暖风芯体释放热量，从而实现暖风功能，但在这种方案中PCT加热器和暖风芯体分开地构造并且必须通过管道连接起来，这两个部件占据了过多的结构空间，并且被加热的冷却液在流经两个部件之间的管道时造成热量浪费。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种改进的用于车辆的空调装置的集成式热芯，所述集成式热芯将PCT加热器与暖风芯体集成为一个部件，从而取消了二者之间的连接管道并且成本有利地实现紧凑的构造方式，同时避免被加热的冷却液流经所述连接管道时的热量浪费。此外，所述集成式热芯还能够更快地响应乘员的暖风需求，从而提升乘员的舒适性。

根据本发明的第一方面，提出一种用于车辆的空调装置的集成式热芯，所述集成式热芯被配置成适于安装在所述空调装置的壳体中，其中，所述集成式热芯至少包括：

-多个彼此间隔开的冷却液通道，所述冷却液通道分别通过通道壁限界并且在相邻的所述冷却液通道之间设置有接收槽；

-第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口分别与所述冷却液通道以流体连通的方式连接，其中的一个用作为冷却液进口并且另一个用作为冷却液出口；和

-PTC加热件，所述PTC加热件至少布置在所述接收槽中并且被配置成适于加热所述冷却液通道中的冷却液。

在上下文中，“PTC”尤其应理解为正温度系数热敏材料，所述正温度系数热敏材料的电阻值在超过居里温度时阶跃式地增大，并且所述正温度系数热敏材料具有自动恒温、功率密度大、可靠性高、使用寿命长等优点。

相比于现有技术，根据本发明的集成式热芯将PTC加热件布置在相邻的冷却液通道之间的接收槽中，由此将作为加热器的PTC加热件和由冷却液通道组成的暖风芯体集成为一个部件并且取消在PTC加热件和冷却液通道之间的连接管道，这一方面明显减少了部件数量和占用的结构体积，从而实现了集成式热芯的紧凑构型并且成本有利地降低了制造费用和装配费用，另一方面避免被加热的冷却液流经PTC加热件和暖风芯体之间的连接管道时的热量浪费，从而使由PTC加热件产生的热量更有效率地用于加热气流，以改善空调装置的热管理并且更快地响应乘员的暖风需求。

根据本发明的第二方面，提出一种用于车辆的空调装置，其中，所述空调装置至少包括：

-壳体；

-根据本发明的集成式热芯，所述集成式热芯安装在所述壳体中；

-鼓风机，所述鼓风机被配置成适于形成气流并且使所述气流经过所述集成式热芯；和

-风门组件，所述风门组件被配置成适于控制所述气流从所述空调装置出来的吹拂方向。

根据本发明的第三方面，提出一种用于车辆的热管理系统，其中，所述热管理系统至少包括：

-冷却液储罐，在所述冷却液储罐中存放有冷却液；

-泵组件，所述泵组件被配置成适于驱动所述冷却液流动；

-根据本发明的空调装置，其中，所述泵组件与所述空调装置中的集成式热芯的冷却液进口连接；和

-流动管道，所述流动管道将所述热管理系统的各个部件连接起来并且形成冷却液回路。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的空调装置的集成式热芯的示意性视图；

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的空调装置的集成式热芯的局部横截面视图；

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的空调装置的示意性视图；

图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的热管理系统的示意性视图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在此，出于简要性的原因，具有相同附图标记的元件在附图中仅标出一次。

应理解，在本文中，表述“第一”、“第二”等仅用于描述性目的，而不应理解为指示或暗示相对重要性，也不应理解为隐含指明所指示的技术特征的数量。限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地表示包括至少一个该特征。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的空调装置10的集成式热芯11的示意性视图。在此，所述车辆是电动车辆、尤其是纯电动车辆，并且集成式热芯11构造成适于安装在车辆的空调装置10中。

如图1所示，用于车辆的空调装置10的集成式热芯11包括多个冷却液通道1，所述冷却液通道分别通过通道壁2限界并且相对彼此间隔开，其中，在相邻的冷却液通道1之间设置有接收槽3。在此，用于车辆的冷却液可以流经所述冷却液通道1，所述冷却液由水、防冻剂和添加剂组成。

如图1所示，集成式热芯11包括第一开口4和第二开口5，这两个开口分别与集成式热芯11的冷却液通道1以流体连通的方式连接，从而使来自冷却液回路的冷却液流入到冷却液通道1中并且使经加热的冷却液从冷却液通道1流出，其中，第一开口4和第二开口5中的一个作为冷却液进口起作用，以将冷却液导入到冷却液通道1中，并且另一个作为冷却液出口起作用，以使冷却液通道1中的冷却液排出。

如图1所示，集成式热芯11包括PTC加热件6，所述PTC加热件至少布置在相邻的冷却液通道1之间的接收槽3中并且能够在通电的情况下加热冷却液通道1中的冷却液。在此，在通电的情况下，PTC加热件6的温度迅速升高，PTC加热件6所产生的热量通过冷却液通道1的通道壁2传递给冷却液通道1中的冷却液，从而带动冷却液的温度升高，由此通过PTC加热件6本身的热量和冷却液通道1中的被加热的冷却液的热量直接加热流经集成式热芯11的气流，从而实现气流温度的快速提高并且形成期望的暖风。在此，PTC加热件和多个冷却液通道1集成为一个部件，二者之间不再需要设置额外的连接管道，由此可以实现集成式热芯11的紧凑构型并且能够充分利用由PTC加热件产生的热量，在避免热量浪费的情况下迅速响应乘员的暖风需求。

示例性地，PTC加热件6由半导体陶瓷材料制造，所述半导体陶瓷材料例如是以钛酸钡为基础并且掺杂另外的多晶陶瓷材料制造的材料，所述材料在高温时、尤其是在超过居里温度时的势垒和电阻大幅度增高，由此呈现强烈的正温度系数效应并且良好地适用于冷却液的加热。当然也可以考虑另外的本领域技术人员认为意义的PTC材料。

示例性地，冷却液通道1、尤其是冷却液通道1的通道壁2由铝制造。由此冷却液通道1成本有利地制造并且适于将PTC加热件6的热量快速地传递给冷却液通道1中的冷却液。当然也可以考虑另外的本领域技术人员认为有意义的材料，例如钢。

示例性地，如图1所示，集成式热芯11还包括汇流腔7，所述汇流腔分别布置在所述第一开口4或所述第二开口5与冷却液通道1之间。在此，通过汇流腔7能够使进入到冷却液进口中的冷却液均匀地流入到各个冷却液通道1中并且避免从冷却液出口流出的冷却液出现湍流。

示例性地，如图1所示，集成式热芯11轴对称地构造。尤其地，集成式热芯11在冷却液的主流动方向上和在垂直于所述主流动方向的方向轴对称地构造。在此，集成式热芯11以第一开口4和第二开口5能相互调换的方式安装在空调装置10中，其中，第一开口4和第二开口5中的一个作为冷却液进口起作用，并且另一个作为冷却液出口起作用，反之亦然。由此能够实现集成式热芯11在空调装置10中的灵活安装。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的空调装置10的集成式热芯11的局部横截面视图，其中，仅示出集成式热芯11的两个冷却液通道1。当然也可以考虑本领域技术人员认为有意义的其它数量的冷却液通道1。

如图2所示，集成式热芯11的冷却液通道1由通道壁2限界并且允许冷却液在其中流动。在此，在相邻的冷却液通道1之间设置有接收腔3，在所述接收腔中布置有PTC加热件6，以用于加热冷却液通道1中的冷却液。

示例性地，如图2所示，PTC加热件6以电阻丝或电阻片的形式构造，由此能够增大PTC加热件6的散热面积。尤其地，PTC加热件6波纹状地构造并且部分地贴靠在冷却液通道1的通道壁2上，从而加快在PTC加热件6和冷却液通道1中的冷却液之间的热传递并且减少热量损失。在这种情况下，PTC加热件6的未与通道壁2接触的部分与通道壁2形成用于空气通过的风道，由此使由空调装置10的鼓风机13产生的气流顺畅地通过集成式热芯11，其中，所述气流在由PTC加热件6形成的风道中流动时直接由PTC加热件6产生的热量加热，从而快速实现暖风功能。当然也可以考虑PTC加热件6的其它结构形式，例如杆状或块状。

示例性地，如图2所示，PTC加热件6在冷却液通道1的纵向延伸尺度上以环绕的方式围绕冷却液通道1，由此增大PTC加热件6与冷却液通道1之间的热传递面积并且使冷却液通道1中的冷却液全面受热，从而加热冷却液的热量提升。

示例性地，如图2所示，冷却液通道1的横截面矩形地构型。尤其地，冷却液通道1扁平地构造，由此能够使冷却液通道1中的冷却液均匀地并且快速地受热。

示例性地，如图2所示，集成式热芯11还包括外壳8，所述冷却液通道1布置在所述外壳中，其中，在外壳8和冷却液通道1之间同样设置有接收槽3，以用于接收PTC加热件6，这同样能够增大冷却液通道1的受热面接并且提高冷却液的加热速度。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的空调装置10的示意性视图。

如图3所示，空调装置10至少包括根据本发明的集成式热芯11、壳体12、鼓风机13和风门组件14，其中，集成式热芯11、鼓风机13和风门组件14均布置在壳体12中，其中，鼓风机13构造成用于形成气流并且使所述气流经过集成式热芯11，所述集成式热芯中的PCT加热件6在通电的情况下产生热量，由此加热经过的气流，以使所述气流成为暖风，所述暖风经由风门组件14从空调装置10中流出，所述风门组件能够控制气流从空调装置10出来的吹拂方向。在此，风门组件14能够通过乘员以手动的方式调节，但也能够以电动的方式调节。

示例性地，空调装置10还可以包括制冷组件，所述制冷组件构造成用于降低由鼓风机13形成的气流的温度，其中，制冷组件可以具有压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀等部件。此外，空调装置10还包括模式切换组件，所述模式切换组件构造成用于控制冷暖风的切换，其方式是将鼓风机13形成的气流引导向制冷组件或集成式热芯11，由此实现不同的功能需求。

图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆的热管理系统100的示意性视图。在此，图4中的箭头代表冷却液的流动方向。

如图4所示，用于车辆的热管理系统100包括根据本发明的空调装置10，所述空调装置具有根据本发明的集成式热芯11，以用于加热流经所述集成式热芯11的冷却液，所述冷却液由水、防冻剂和添加剂组成。

如图4所示，热管理系统100包括冷却液储罐20、泵组件30和流动管道40，所述流动管道将热管理系统100的各个部件连接起来并且形成冷却液回路，其中，冷却液储罐20构造用于存放用于车辆的冷却液，泵组件30构造成用于驱动冷却液流动，尤其在热管理系统100的冷却液回路中流动。由此通过泵组件30能够将来自冷却液储罐20的冷却液经由流动管道40供应至空调装置10的集成式热芯11，所述集成式热芯的PTC加热件6加热冷却液通道1中的冷却液，PTC加热件6本身的热量和冷却液的热量传递给流经集成式热芯11的气流，从而实现空调装置10的暖风功能。由空调装置10出来的冷却液可以通过流动管道40回流到冷却液储罐20中，从而实现冷却液在热管理系统100中的循环。

示例性地，如图4所示，热管理系统100还包括至少一个热消耗部件50，所述热消耗部件沿冷却液的流动方向布置在空调装置10的集成式热芯11的下游。在上下文中，“热消耗部件”应理解为，在特定情况下需要消耗热量来实现正常功能或满足具体需求的部件，所述特定情况例如是低温环境。在此，在集成式热芯11的冷却液出口和热消耗部件50之间的流动管道40中布置有阀组件60，所述阀组件构造成用于控制冷却液的流动，从而控制经集成式热芯11加热的冷却液向热消耗部件50的供应，其中，当热消耗部件50需要被加热时，通过相应的阀组件控制被加热的冷却液流向该热消耗部件。在此，阀组件60可以构造为多通阀或旁路阀。但也可以考虑本领域技术人员认为有意义的其它阀类型。

示例性地，热消耗部件50可以是用于车辆的动力电池单元。当车辆在低温环境下冷启动时，动力电池单元中的反应生成物会因低温而冻结，造成动力电池单元性能下降、甚至无法启动，由此动力电池单元必须被加热到额定温度，以满足动力电池单元的输出性能需求。在此，通过将被加热的冷却液供应至动力电池单元，能够实现电动车辆在冷启动时的正常运行。此外，热消耗部件50也可以是车辆座椅或者方向盘，通过被加热的冷却液的热量可以提高座椅或者方向盘的与乘员接触的部位处的温度，从而改善乘员的乘车舒适性。此外，热消耗部件50还可以是车窗玻璃，通过被加热的冷却液的热量可以实现车窗玻璃的除霜功能。在此，根据本发明的热管理系统100尤其适用于纯电动车辆。但也可以考虑，热管理系统100使用在混动车辆中并且热消耗部件50可以是车辆的发动机，其中，当所述混动车辆在低温环境下启动时，通过将被加热的冷却液供应至发动机可以实现发动机的快速预热，从而加快车辆的冷启动速度。当然还可以考虑本领域技术人员认为有意义的其它类型的热消耗部件。

示例性地，如图4所示，热管理系统100还包括单向阀70，所述单向阀布置在泵组件30和空调装置40之间。在此，单向阀70构造成用于控制冷却液从泵组件30向空调装置40的集成式热芯11的流动并且避免冷却液的逆向流动。

前面对于实施方式的阐释仅在所述示例的框架下描述本发明。当然，只要在技术上有意义，实施方式的各个特征能够自由地相互组合，而不偏离本发明的框架。

对于本领域的技术人员而言，本发明的其他优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施例。相反，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。