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一种适用于商用车电池热管理的PTC液体加热器

文献发布时间:2023-06-19 16:09:34



技术领域

本发明涉及PTC水加热器结构领域,特别是一种适用于商用车电池热管理的PTC液体加热器。

背景技术

商用车电池热管理总成内的PTC液体加热器,用来给电池箱内的防冻液加热,在低温条件下,快速将防冻液温度提升到一定温度点,使电池处于最佳的充电或放电温度,有利于提高电池充放电效率和延长电池使用寿命,现有加热器使用PWM的IGBT控制或单纯的PTC加热器,都是平铺的结构,这种结构占用空间很大,不方便集成在商用车电池热管理总成内部,且进出水口的位置在同侧,占用了更大的空间,故现有的加热器具体有以下缺陷需要改进:

1、占用空间大,无法集成在商用车电池热管理总成内。现有的做法是放在电池热管理总成的上端,或者一侧,使电池热管理总成产品的集成化程度大打折扣,在抗震动性能方面有一定的不足,影响电池热管理整体系统的可靠性。

2、自成一体,兼容性差。自身内部虽然配置完善,但是成本更高,部分功能与总成系统存在重叠,对商用车电池热管理总成进一步的简化升级与整合控制器造成一定的障碍。

3、PTC发热模块长度与扁管长度相近,但是在电池热管理的产品中,产品长度大于400mm,长度过长时,发热模块的平整度难以保证,可能会因为接触不良导致打火、击穿等故障,造成安全隐患。

4、通过接线或者将小的接线排用线束或者铜排连接在一起,这样会有很多分线束,线束杂乱,而且因为空间比较局促,有较大出现正负极短路的可能。存在安全隐患。

5、IGBT多成一排排列。但因为特定的使用场景,常规的单排IGBT排列方式会占用极大的空间。

6、出线端的多采用高压或低压接插件,产品成本很高;或使用PG接头(防水法兰接头),但PG接头占用空间大,且防水效果并不理想。

7、有固定的安装脚。占用空间比较大,在商用车热管理系统内,无法展开。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题,设计了一种适用于商用车电池热管理的PTC液体加热器。

实现上述目的本发明的技术方案为,一种适用于商用车电池热管理的PTC液体加热器,包括上壳体、下壳体、发热体、温控组件、控制器组件、接线排组件、防水组件和防水透气阀,所述发热体、温控组件、控制器组件和接线组件固定安装在所述上壳体和下壳体内,所述上壳体和下壳体的连接处出设置有防水硅胶圈,所述上壳体和下壳体在固定孔的位置通过螺丝固定连接,所述上壳体和下壳体的一端设置有进水管,另一端设置有出水管,所述进水管的一端连接有进水箱,所述进水箱的一端连接有发热体,所述发热体的一端连接有出水箱,所述出水箱的一端与所述出水管固定连接。

作为对本发明的进一步说明,所述发热体包括发热模组一、发热模组二、发热模组三和IGBT散热板,所述发热模组一、发热模组二和发热模组三之间设置有接线排组件,所述IGBT散热板固定安装在所述进水箱的侧面。

作为对本发明的进一步说明,所述发热模组一、发热模组二和发热模组三均由PTC发热模块和加固钣金组件组成,所述加固钣金组件的一端连接有加固钣金盖板。

作为对本发明的进一步说明,所述进水箱和所述发热模组一之间的接线排组件为大接线排,所述大接线排上连接有4-12个PTC发热模块。

作为对本发明的进一步说明,所述发热模组一与所述发热模组二之间的接线排组件为小接线排,所述小接线排上连接有2-4个PTC发热模块。

作为对本发明的进一步说明,所述发热模组二与所述发热模组三之间的接线排组件为组合间共用接线排,所述组合间共用接线排上连接有12个发热模块。

作为对本发明的进一步说明,所述进水箱和出水箱包括水室和扁管,所述扁管与所述PTC发热模块连接,所述IGBT散热板为铝合金材质,所述IGBT散热板焊接或螺丝固定在进水箱的水室位置。

作为对本发明的进一步说明,所述温控组件包括温度传感器和温控器,所述温度传感器和温控器固定安装在所述出水箱的水室侧面,所述控制器组件通过螺丝固定安装在所述IGBT散热板上,所述控制器组件包括控制线路板及线路板外壳。

作为对本发明的进一步说明,所述防水组件固定安装在所述上壳体和下壳体上的进水管和出水管的接口处,所述防水组件包括防水塞、防水压板和防水硅胶圈,所述上壳体的一端还设置有多孔硅胶塞。

作为对本发明的进一步说明,所述防水透气阀固定安装在所述上壳体的一侧,所述下壳体底面的上下边缘处设置有等间距的安装孔。

其有益效果在于,1、利用极有限的空间,将PTC发热模块组合成两个以上的模组,且发热模块之间通过接线排灵活连接,可以实现对多个PTC发热模块更加灵活的分组,将18个发热模块分为6组。这样做的好处是,既节省空间,又提高了高压线路接线的安全性。

2、使用组合螺丝将IGBT锁在IGBT散热板上。利用进水水室的液体给IGBT降温,同时将IGBT散热的热量回收使用。

3、将多个PTC发热模块分成等分的三组模组,可以减少打火、拉弧的风险,保证PTC发热模块的平整度。而且更有利于PTC发热模块的标准化生产。

4、最大限度合并同极。接线排的设计可以共用多个PTC发热模块的正极或负极,可以节约空间和材料成本,可以实现PTC发热模块灵活的分组。可以将两个及两个以上,甚至十几个PTC发热模块连接在一起,大大提高了连接效率和安全性。

附图说明

图1是本发明的一个状态的结构示意图;

图2是本发明的另一个状态结构示意图;

图3是本发明的另一个状态结构示意图;

图4是去除上盖后的一个结构示意图;

图5是去除上盖后的另一个结构示意图;

图6是本发明内部的结构示意图;

图7是本发明内部的另一个结构示意图;

图8是本发明内部的另一个结构示意图;

图9是进水口处防水组件的结构示意图;

图10是发热体中PTC片的排布结构示意图;

图11是发热体格栅的平面结构示意图;

图12是发热体格栅的竖向结构示意图。

图中,1、上壳体;2、下壳体;3、发热体;301、发热模组一;302、发热模组二;303、发热模组三;304、IGBT散热板;305、PTC发热模块;4、温控组件;401、温度传感器;402、温控器;5、控制器组件;501、控制线路板;502、线路板外壳;6、接线排组件;601、大接线排;602、小接线排;603、组合间共用接线排;7、防水组件;701、防水压板;702、防水硅胶圈;703、多孔硅胶塞;8、进水管;9、出水管;10、进水箱;11、出水箱;12、水室;13、加固钣金组件;14、加固钣金盖板;15、防水透气阀;16、安装孔;17、固定孔;18、PTC片;19、发热体格栅;20、凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述,如图1-9所示,一种适用于商用车电池热管理的PTC液体加热器,先来介绍一下本发明的总体结构,包括上壳体1、下壳体2、发热体3、温控组件4、控制器组件5、接线排组件6、防水组件7和防水透气阀15,发热体3、温控组件4、控制器组件5和接线组件固定安装在上壳体1和下壳体2内,上壳体1和下壳体2的连接处出设置有防水硅胶圈702,上壳体1和下壳体2在固定孔17的位置通过螺丝固定连接,上壳体1和下壳体2的一端设置有进水管8,另一端设置有出水管9,进水管8的一端连接有进水箱10,水箱的一端连接有发热体3,发热体3的一端连接有出水箱11,出水箱11的一端与出水管9固定连接。

接下来对本发明的各个结构部件进行详细的说明。

IGBT散热板304,作为优选,可以使用铝合金材质。IGBT散热板304焊接或螺丝固定在水箱的水室12位置。水箱包含进出水口、水室12、扁管三个部分。

PTC发热模块305,插入到扁管之间。位于同一列的多个PTC发热模块305可以组成一个PTC发热模组。发热体3部分包含3个发热模组。每个发热模组又包含6个发热模块。

接线排组件6包含接线排绝缘外壳、接线排、螺丝等。接线排的作用是连接PTC发热模块305。

本发明利用极有限的空间,将PTC发热模块305组合成两个以上的模组,且发热模块之间通过接线排灵活连接,可以实现对多个PTC发热模块305更加灵活的分组,如图3所示,将18个发热模块分为6组。这样做的好处是,既节省空间,又提高了高压线路接线的安全性。

加固钣金组件13分为加固钣金主体,加固钣金盖板14,加固钣金螺丝等部件。加固钣金主体与加固钣金盖板14之间通过长条形孔位错位连接,然后用工具使加固钣金主体的安装脚变形,防止加固钣金盖板14震动时脱落。这样的设计结构,更加节约空间。

温控组件4包含温控器402、温度传感器401。

控制器组件5包含控制线路板501及线路板外壳502等。控制线路板501含有IGBT方形矩阵排列。

使用组合螺丝将IGBT锁在IGBT散热板304上。利用进水水室12的液体给IGBT降温,同时将IGBT散热的热量回收使用。

防水组件7包含防水塞、防水压板701、防水硅胶圈702。

进出水口防水塞穿过进出水口,安装在铝外壳上,然后由防水压板701压紧,产生形变,实现防水效果。

将多个PTC发热模块305分成等分的三组模组,可以减少打火、拉弧的风险,保证PTC发热模块305的平整度。而且更有利于PTC发热模块305的标准化生产。

最大限度合并同极。接线排的设计可以共用多个PTC发热模块305的正极或负极,可以节约空间和材料成本,可以实现PTC发热模块305灵活的分组。可以将两个及两个以上,甚至十几个PTC发热模块305连接在一起,大大提高了连接效率和安全性。

将IGBT呈多排排列,可以有效的减少IGBT占用的空间,大大提高了空间利用效率。

出线端的多孔防水塞结构设计,既降低成本,又提高防水效果。

安装孔16镶嵌在壳体底部,大大节约了安装空间。.

如图10所示,所述发热体中的PTC片18为20mm长,分三排排列。大片的PTC片18耐电压性能存在一定的不可靠性,尺寸较小的PTC片18耐压效果更好。且单位面积的发热量提高;耐电压效果提高;整体长度尺寸更小;可以提高加热器的功率上限。

如图11和图12所示,所述发热体3外围的格栅19边缘平整,没有包边,使整个格栅更加平直,有利于提高生产效率。并在格栅19正反两面增加凹槽20,减少硅胶用料,降低了成本。

工作原理:PTC发热模块305与进水箱10和出水箱11的扁管平行分布,并受钣金组件的夹持,两者紧贴在一起,传热效率更高。当给PTC发热模块305通电时,PTC发热模块305将水箱扁管里面的水加热到指定温度。其中对加热的控制原理是:通过温度传感控制器反馈水温信息给控制线路板501,控制线路板501通过其自身的IGBT和控制继电器的输出电压,进而控制PTC电热片的发热功率,且当温度传感器401失效时,加热器就失去了温度检测的功能,故增加的温控器402进行辅助温度控制,当温度传感器401失效时,温控器402断开,从而断开继电器,切断高压电源,从而实现在温度传感器401失效状态下对高压电源的控制。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案,本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理,属于本发明的保护范围之内。

技术分类

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