一种电动汽车用PTC风暖加热器及其装配方法与流程

一种电动汽车用ptc风暖加热器及其装配方法
技术领域
1.本发明涉及电动汽车加热器技术领域，尤其是涉及一种电动汽车用ptc风暖加热器及其装配方法。


背景技术：

2.由于全球变暖和化石燃料的枯竭，二氧化碳排放法规正在导致汽车工业从传统的内燃机汽车向电动汽车等环保汽车转变，电动汽车被认为是生态友好型汽车的最佳模式，与传统内燃机驱动的汽车相比，电动汽车不仅能效更高，而且它们几乎不排放二氧化碳等温室气体。然而，与传统发动机的汽车不同，电动汽车的能效使得其动力发动机产生的少量废热不足以用于加热目的。因此，他们需要额外的设备作为他们的主要热源。从目前对用于加热电动汽车的主要加热设备(如热泵和燃烧加热器)的大量研究可知，能够达到所需加热能力、效率和可靠性的高压正温度系数(ptc)加热器被认为是最现实的选择。ptc陶瓷发热体具有以下特点：制热效果稳定、导热均匀、软启动控制、省电安全、使用寿命长、线路自我报警等。
3.正是因为ptc具有以上特点，其应用相当的广泛。除应用于电动汽车外，目前市面上的许多加热器都采用其做核心发热组件，如家用空调，暖风机及浴霸等等。
4.汽车正温度系数加热器已被研究作为辅助加热设备，以提高内燃机的效率，并通过减少辐射热来补充热源，已成为电动汽车中的主要加热设备，但是这些正温度系数加热器的加热性能普遍偏低。不仅如此，由于目前对正温度系数加热器加热能力要求的提高，以及考虑到其工作电压与电动汽车电池的电压规格的适配性要求，以往的正温度系数加热器已不能满足需求。由于单次充电可以行驶的距离是电动汽车非常重要的参数之一，因此，需要研发一种大功率且能量利用率高的ptc风暖加热器。
5.另外，现有的加热器虽然结构简单，设计尺寸小，但在安全性、发热功率、维护性方面都表现欠佳。在车辆行驶过程中极端路况会对加热器的寿命产生很大影响，而现有的散装小型加热器没有固定框架进行固定并且发热体也没有完全的封装防水，这使得使用寿命大打折扣。


技术实现要素：

6.发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种电动汽车用ptc风暖加热器，优化结构，具有加工容易、安装方便、维护容易、防水性能和抗振性能及加热性能优异等优点。并提供了其装配方法。
7.技术方案：一种电动汽车用ptc风暖加热器，包括控制架、ptc发热体、防松垫片、固定框架、减震垫片，固定框架在控制架下方与其连接，两者构成矩形框架结构，防松垫片在矩形框架结构内部水平设置并与固定框架上部连接，ptc发热体在矩形框架结构内沿其横向间隔设有多个，每个ptc发热体的上端分别穿设于防松垫片中至其电极与控制架的底部连通，下端分别与一个减震垫片连接，减震垫片分别依次与固定框架的内底壁连接。
8.进一步的，ptc发热体包括ptc发热管、散热片，ptc发热管竖直放置并依次平行间隔设有多个，散热片在多个ptc发热管所构成的整体的外周沿其竖向依次层层包裹于其外周面上。
9.进一步的，ptc发热管包括长条形铝管、电极片、绝缘安装孔、绝缘管、ptc发热芯片、导管，导管沿其长度方向间隔开设有多个卡槽，每个卡槽中卡设有一个ptc发热芯片，导管的相对两侧面分别设有一个电极片，三者构成的整体插入绝缘管中，绝缘管整体穿设于长条形铝管中至与其一内端壁接触，两个电极片的延伸电极外露，绝缘安装孔压入长条形铝管带有延伸电极的一端部中，使电极片、绝缘管、ptc发热芯片、导管压紧于长条形铝管中，两个延伸电极分别穿设于绝缘安装孔中并与控制架的底部连通，长条形铝管带有延伸电极的一端与防松垫片连接，另一端与减震垫片连接，散热片与长条形铝管的外周面连接。
10.最佳的，ptc发热管的数量为3～5个。
11.进一步的，固定框架包括隔板、u型外框，u型外框的底部为u型钢，隔板在u型外框的两个竖臂之间依次间隔设有多个，隔板的一端插入u型钢中并与其内壁固定，使u型外框的两个竖臂之间划分为多个隔间，每个隔间中设有一个ptc发热体，每个ptc发热体下端的减震垫片分别卡设于u型钢中，u型外框的两个竖臂的上部分别与控制架连接，每个隔板的另一端分别与防松垫片连接。
12.进一步的，防松垫片包括防松垫片本体、隔板槽、固定通道，隔板槽在防松垫片本体的一侧面上沿其长度方向依次间隔安装有多个，将防松垫片本体的一侧面划分为多个区间，每个区间上依次间隔设有多个固定通道，隔板槽的数量与隔板的数量相等，每个隔板依次卡设于对应的隔板槽中，每个区间的固定通道的数量与每个ptc发热体的ptc发热管的数量相等，ptc发热管依次卡设于对应的固定通道中。
13.进一步的，减震垫片包括减震垫片本体、限端槽，减震垫片本体的一侧面上沿其长度方向间隔开设有多个限端槽，限端槽的数量与每个ptc发热体的ptc发热管的数量相等，ptc发热管的下端依次卡设于对应的限端槽中。
14.进一步的，控制架包括控制架本体、电极接入口、限端位、电源接入口，控制架本体的外侧面上间隔安装有两个电源接入口，控制架本体的底部沿其横向间隔开设有多个限端位，每个限端位上间隔设有两个电极接入口，多个ptc发热体上的电极依次插入对应的电极接入口中。
15.最佳的，ptc发热体的数量为4～8个。
16.一种上述的电动汽车用ptc风暖加热器的装配方法，包括以下步骤：
17.步骤一：将多片ptc发热芯片依次嵌入导管内后，将两片电极片贴附在导管的相对两侧面上，其中延伸电极与导管一端的电极凹槽紧密配合，ptc发热芯片、导管和电极片的组合体插入一端封闭的绝缘管中，再将绝缘管插入末端封闭的长条形铝管中，最后将绝缘安装孔的安装插片插入绝缘管与导管的空隙中压紧，延伸电极从绝缘安装孔的电极通道穿出，ptc发热管装配完成；
18.步骤二：将多根ptc发热管平行放置且保持一定间距构成一个整体，取散热片为正弦波纹型翅片，将散热片沿多根ptc发热管竖向依次等距层层包裹于其外周面上，每个散热片中均穿设有多根ptc发热管，散热片的排列长度小于ptc发热管长度，散热片与ptc发热管用钎焊进行固定，ptc发热体装配完成；
19.步骤三：将ptc发热体底端安装减振垫片构成一个整体，在固定框架中依次间隔放置多个所述整体，使每个减振垫片插入固定框架底部，将防松垫片安装于固定框架上部，使每个ptc发热体顶端分别穿设于防松垫片中；
20.步骤四：将控制架放置于防松垫片上方，使每个ptc发热体上端的电极与控制架的底部连通，然后将控制架通过螺栓与固定框架上部连接，整个ptc风暖加热器装配完成。
21.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：
22.1、本发明提供的安全高效电动汽车ptc风暖加热器绝缘效果好，结构稳定，加热效率高，可维护性高。
23.2、本发明主要由固定框架、多组ptc发热体及控制架构成。ptc发热体与固定框架之间组装十分方便，ptc发热体与减振垫片组合体插入固定框架下部凹槽即可，ptc发热体上端部插入控制架限制端插槽内，固定框架与控制架侧面设有空位并用螺丝旋紧固定，二者结合十分紧密，可满足强烈震动环境下的使用条件。
24.3、本发明提供的ptc发热体和减振垫片可紧密插入固定框架内。ptc发热体主要采用具有良好物化性能的云母做为绝缘材料，相对于一般的绝缘材料更加可靠安全。ptc加热元件内的导管起到了分隔、固定和导热作用使得ptc发热芯片加热效率得到提升。ptc发热体的电极片出口段垂直设计，加大了正负电极之间距离，便于控制架接入。同时，控制系统与加热系统的分离也提高了整个系统的安全性和可维护性。多条ptc发热体平行设计并用正弦波纹型翅片做为散热片，大大提高了产热和散热的效率，这也是本发明最显著的特点之一。
25.4、本发明提供的固定框架和控制架之间依靠固定端上的螺孔进行固定，拆卸十分方便，防松垫片的设计使得ptc发热体上部得以固定且加强隔热，ptc发热体端部绝缘安装孔的设计可使ptc加热元件完全绝缘，因而又可以保证装置的安全性。当散热翅片尘垢堆积时，用户可以自行将ptc发热体从固定框架内拆卸下来，之后分别做清理。若ptc发热组件腐蚀或损坏严重，可直接换新，而不用重新更换整套装置，这大大降低了用户的使用成本。
附图说明
26.图1为本发明的结构示意图；
27.图2为本发明的侧视图；
28.图3为本发明的主视图；
29.图4为本发明的仰视图；
30.图5为本发明的立体结构示意图；
31.图6为ptc发热体的立体结构示意图；
32.图7为ptc发热管的结构示意图；
33.图8为图7的a
‑
a剖视图；
34.图9为图7的b
‑
b剖视图；
35.图10为ptc发热管的爆炸分解示意图；
36.图11为固定框架立体结构示意图；
37.图12为控制架主视图；
38.图13为控制架仰视图；
39.图14为图12的c
‑
c剖视图；
40.图15为减振垫片的立体结构示意图；
41.图16为防松垫片立体结构示意图；
42.图17为绝缘安装孔的立体结构示意图；
43.图18为绝缘安装孔的剖视结构示意图；
44.图19为电极片的立体结构示意图；
45.图20为散热片的立体结构图。
具体实施方式
46.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
47.一种电动汽车用ptc风暖加热器，如图1～20所示，包括控制架1、ptc发热体2、防松垫片3、固定框架4、减震垫片5。
48.固定框架4在控制架1下方与其连接，两者构成矩形框架结构，固定框架4包括隔板4
‑
1、u型外框4
‑
2，控制架1包括控制架本体、电极接入口1
‑
1、限端位1
‑
2、电源接入口1
‑
3，u型外框4
‑
2的两个竖臂的上部分别通过螺栓与控制架本体的侧面连接，固定框架4和控制架1上设置有用于与汽车安装结构配合的安装位。u型外框4
‑
2的底部为u型钢，隔板4
‑
1在u型外框4
‑
2的两个竖臂之间依次间隔设有多个，隔板4
‑
1的底端插入u型钢中并与其内壁固定，使u型外框4
‑
2的两个竖臂之间划分为多个隔间，每个隔间中竖直放置有一个ptc发热体2，ptc发热体2的数量为4～8个。
49.相较于以前散装的ptc加热器，固定框架4把ptc加热体2都进行集中固定，极大提高了恶劣工况下工作的稳定性，隔板4
‑
1的设计保护了相邻的ptc加热体2，因此固定框架4极大的提升了整个装置的安全性和稳定性。
50.ptc发热体2包括ptc发热管2
‑
1、散热片2
‑
2，ptc发热管2
‑
1竖直放置并依次平行间隔设有多个，ptc发热管2
‑
1的数量为3～5个，ptc发热管2
‑
1包括长条形铝管2
‑1‑
2、电极片2
‑1‑
3、绝缘安装孔2
‑1‑
4、绝缘管2
‑1‑
5、ptc发热芯片2
‑1‑
6、导管2
‑1‑
7，导管2
‑1‑
7沿其长度方向间隔开设有多个卡槽，每个卡槽中卡设有一个ptc发热芯片2
‑1‑
6，ptc发热芯片2
‑1‑
6的数量为4～10个，相邻ptc发热芯片2
‑1‑
6之间由导管2
‑1‑
7隔开并固定使得加热安全性得以提升，导管2
‑1‑
7的相对两侧面分别设有一个电极片2
‑1‑
3，三者构成的整体插入绝缘管2
‑1‑
5中，绝缘管2
‑1‑
5整体穿设于长条形铝管2
‑1‑
2中至与其一内端壁接触，两个电极片2
‑1‑
3的延伸电极2
‑1‑3‑
1外露，绝缘安装孔2
‑1‑
4上间隔开设有两个电极通道2
‑1‑4‑
1，绝缘安装孔2
‑1‑
4一侧面上还间隔设有两个安装插片2
‑1‑4‑
2，两个安装插片2
‑1‑4‑
2呈中心对称，绝缘安装孔2
‑1‑
4压入长条形铝管2
‑1‑
2带有延伸电极2
‑1‑3‑
1的一端部中，安装插片2
‑1‑4‑
2插入绝缘管2
‑1‑
5与导管2
‑1‑
7的空隙中压紧，使电极片2
‑1‑
3、绝缘管2
‑1‑
5、ptc发热芯片2
‑1‑
6、导管2
‑1‑
7压紧于长条形铝管2
‑1‑
2中，绝缘管2
‑1‑
5包裹电极2
‑1‑
3，不仅加强了防水性，而且保护了加热元件并提高安全性，绝缘管2
‑1‑
5的导热性良好，两个延伸电极2
‑1‑3‑
1分别穿设于绝缘安装孔2
‑1‑
4的两个电极通道2
‑1‑4‑
1中，散热片2
‑
2在多个ptc发热管2
‑
1所构成的整体的外周沿其竖向依次层层包裹于其外周面上，散热片2
‑
2为正弦波纹型翅片，具有增大换热面积，增加流体扰动强化换热等优点。
51.多条ptc发热管2
‑
1的分布方式大大提高了发热量且散热片阵列的安装使得散热量得到相应匹配，因此一个ptc发热体2的功率及效率得到极大提升。长条形铝管2
‑1‑
2一端封闭，一端开口，管壁四周做了圆角处理，材料具有良好的绝缘性、散热性和耐腐蚀性。良好的绝缘性使该装置安全性得以提高，圆角处理更有利空气流动，因此具有更高的加热效率。长条形的电极片2
‑1‑
3出口段进行垂直设计，材料为铝片、银片或铜片，出口段的垂直设计加大了电极片之间的距离且使得电极片分布更加有序，因此垂直设计更利于安装和电源接入，电极片可以从绝缘管内部抽出，方便更换。绝缘安装孔的安装插片的设计使整个ptc加热体安装和内部元件更换更加方便。由于绝缘物性能良好，具有防水、耐酸碱、抗风化的优点，且具有较高的绝缘强度、恒定介电常数、高热稳定性等优质特性，使得本结构的绝缘性得以保证。
52.绝缘管和绝缘安装孔都为云母材料，云母具有良好的绝缘性和导热性且耐高温，具有一定的延展性和可加工性，在温度急剧变化或酸碱环境中，具有良好的物化性能，使用寿命长，可靠性高。ptc发热芯片为陶瓷材料(batio3)，其具有体积小、对过载电流反应迅速、性能稳定可靠、恒温加热、耐冲击力强和使用寿命长等特点。
53.每个隔板4
‑
1的上端分别与防松垫片3连接，防松垫片3在矩形框架结构内部水平设置，防松垫片3包括防松垫片本体、隔板槽3
‑
1、固定通道3
‑
2，隔板槽3
‑
1在防松垫片本体的一侧面上沿其长度方向依次间隔安装有多个，将防松垫片本体的一侧面划分为多个区间，每个区间上依次间隔设有多个固定通道3
‑
2，隔板槽3
‑
1的数量与隔板4
‑
1的数量相等，每个隔板4
‑
1依次卡设于对应的隔板槽3
‑
1中，每个区间的固定通道3
‑
2的数量与每个ptc发热体2的ptc发热管2
‑
1的数量相等，ptc发热管2
‑
1依次卡设于对应区间的固定通道3
‑
2中，长条形铝管2
‑1‑
2带有延伸电极2
‑1‑3‑
1的一端穿设于固定通道3
‑
2中，使延伸电极2
‑1‑3‑
1与控制架1的底部连通，控制架本体的外侧面上间隔安装有两个电源接入口1
‑
3，控制架本体的底部沿其横向间隔开设有多个限端位1
‑
2，每个限端位1
‑
2上间隔设有两个与ptc发热管2
‑
1上两个延伸电极2
‑1‑3‑
1对应的电极接入口1
‑
1，多个ptc发热体2上的电极依次插入对应的电极接入口1
‑
1中。
54.控制架1内部有多组电子元件，具有接入电源、控制输入电压、固定ptc加热体和安全断电等功能，电动汽车电池电源导线连接接入口1
‑
3，其控制部分与加热部分完全分离提高了整个ptc加热系统的安全性和可维护性。
55.防松垫片为碳板，此材料具有耐磨、耐温、耐压、抗腐蚀、膨胀系数小、密封性优越等特点，ptc加热体产生的高温会被防松垫片阻隔，材料结构强度大，ptc加热体上部被防松垫片牢牢固定，因此大大提升了整个装置的安全性。
56.ptc发热体2的下端与减震垫片5连接，每个ptc发热体2下端的减震垫片5分别卡设于u型钢中，减震垫片5包括减震垫片本体、限端槽5
‑
1，减震垫片本体的一侧面上沿其长度方向间隔开设有多个限端槽5
‑
1，限端槽5
‑
1的数量与每个ptc发热体2的ptc发热管2
‑
1的数量相等，ptc发热管2
‑
1的下端依次卡设于对应的限端槽5
‑
1中。减振垫片5为橡胶材料，其具有隔热、减震、承重等特性，因此ptc发热体工作安全性得以提高。
57.本发明改进市场现有ptc风暖加热器的缺点，本发明提供的ptc风暖加热器绝缘效果好，结构稳定，加热效率高，具有高度可维护性的电动汽车用风暖加热器。
58.上述的电动汽车用ptc风暖加热器的装配方法，包括以下步骤：
59.步骤一：将多片ptc发热芯片2
‑1‑
6依次嵌入导管2
‑1‑
7内后，将两片电极片2
‑1‑
3贴附在导管2
‑1‑
7的相对两侧面上，其中延伸电极2
‑1‑3‑
1与导管2
‑1‑
7一端的电极凹槽紧密配合，ptc发热芯片2
‑1‑
6、导管2
‑1‑
7和电极片2
‑1‑
3的组合体插入一端封闭的绝缘管2
‑1‑
5中，再将绝缘管2
‑1‑
5插入末端封闭的长条形铝管2
‑1‑
2中，最后将绝缘安装孔2
‑1‑
4的安装插片插入绝缘管2
‑1‑
5与导管2
‑1‑
7的空隙中压紧，延伸电极2
‑1‑3‑
1从绝缘安装孔2
‑1‑
4的电极通道穿出，ptc发热管2
‑
1装配完成；
60.步骤二：将多根ptc发热管2
‑
1平行放置且保持一定间距构成一个整体，取散热片2
‑
2为正弦波纹型翅片，将散热片2
‑
2沿多根ptc发热管2
‑
1竖向依次等距层层包裹于其外周面上，每个散热片2
‑
2中均穿设有多根ptc发热管2
‑
1，散热片2
‑
2的排列长度小于ptc发热管2
‑
1长度，散热片2
‑
2与ptc发热管2
‑
1用钎焊进行固定，ptc发热体2装配完成；
61.步骤三：将ptc发热体2的ptc发热管2
‑
1底端安装减振垫片5构成一个整体，在固定框架4中依次间隔放置多个所述整体，使每个减振垫片5插入固定框架4底部的u型钢中，将防松垫片3安装于固定框架4上部，使隔板槽3
‑
1与固定框架4的隔板4
‑
1上部配合，使每个ptc发热体2顶端分别穿设于防松垫片3的固定通道3
‑
2；
62.步骤四：将控制架1放置于防松垫片3上方，使每个ptc发热体2上端的延伸电极2
‑1‑3‑
1与控制架1底部的电极接入口1
‑
1连通，然后将控制架1通过螺栓与固定框架4上部连接，整个ptc风暖加热器装配完成。