用于移动应用的电加热装置的制作方法

本发明涉及一种用于移动应用的电加热装置以及一种包括电加热装置的车辆，特别是机动车辆。

背景技术：

wo2013/186106a1描述了一种用于机动车辆的电加热装置，其具有设计为基板上的导体带的加热电阻器。导体带设计为双线的，且在导体带的相反方向上弯转的区域中，提供了加宽的绝缘区域。加宽的绝缘区域旨在产生使电流尽可能地流过导体带的整个宽度的效果，以避免在导体带的内边缘区域形成局部流动程度特别强的区域以及在导体带的外边缘区域形成流动程度弱的区域。然而，关于这一点已经发现，与电加热装置的其余部分相比，导体带弯转区域中仍然产生相对较大的温度增加。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电加热装置和一种相应的车辆，特别是机动车辆，其中实现了相对均匀的温度分布，电加热装置应尽可能紧凑且制造成本低廉。

该目的通过根据本发明的用于移动应用的电加热装置来实现。

该目的特别地通过一种用于移动应用的电加热装置实现，其包括：基板和形成在基板上的导热层，其中，导热层具有至少一个在基板上(在主平面中)延伸的导热带，其中，导热带构造成使得形成通过绝缘间隔彼此隔开的多个带区段(彼此相邻地、特别是相对于基板在基本上相同的高度处延伸)，其中，导热带具有至少一个弯转区段，导热带在弯转区段处(在主平面中)弯转，且弯转区段(直接地)布置在第一和第二带区段之间，其中，第一和第二带区段与弯转区段相比具有更小的曲率，特别是设计为至少基本上直的，其中，导热带在第一带区段中或在弯转区段中分支成至少两个分支带，所述分支带由一个或多个分支绝缘间隔隔开，其中，分支带在第二带区段中或弯转区段中再会合。

本发明的一个显著方面是在弯转的区域(弯转区段)中提供一个或多个附加的导体带。这实现了相对较均匀的电流密度分布。因此，可通过简单的手段避免加热装置上具有相应高负荷的弯转点(弯转区段)处的高温。由此改善了加热装置的可靠性。大体上，通过使弯转区段(局部地)设有电导率高的材料，也能够降低弯转区段的温度。然而，这种具有高电导率材料的(局部)布层的缺点是，必须(在制造中)进行额外的方法步骤(例如，掩模和/或布覆)。另外，后续的层(例如，传感器层)可能受到局部厚度的损害。

曲率优选地理解为是指与直线型式的偏离。特别地，在此仅考虑曲率大小(即，不考虑符号)。绝缘间隔将彼此隔开的带区段隔开，从而排除(或至少显着减小)电流(通过绝缘间隔)从被隔开的一个带区段到另一个带区段的可能性。绝缘间隔的比电阻优选为彼此隔开的带区段的至少10倍，更优选至少50倍。如果相应带区段的起点和终点之间的(直的)连接线的偏离为至多10％，优选至多5％，更优选至多2％，第一和/或第二带区段应尤其被认为是基本上直的。弯转区段的曲率优选为第一和/或第二带区段的曲率的至少2倍，更优选至少5倍，还更优选至少10倍(平均而言)。第一和/或第二带区段特别地(直接地)邻接弯转区段。第一和/或第二带区段可至少与弯转区段一样长，优选至少1.5倍长，更优选至少3倍长。

总的来说，提出了一种电加热装置，其特别可有效地满足电动车辆中(由于其增加的普遍用途)不断增长的需求。过去，用于这种移动应用的电加热装置主要是所谓的ptc加热元件，其以具有内燃机的传统机动车辆的车载电力系统中存在的相对较低的供电电压操作。特别地，在完全地或部分地电驱动的现代车辆中，需要能够利用在此实现的高压车载电力系统中存在的供电电压来电操作车辆，例如电压范围在150伏到900伏之间，甚至可能达1000伏以上。

在本文中，用于移动应用的加热装置应理解为是指一种加热装置，其设计用于移动应用并相应地适于移动应用。这尤其意味着它是可运输的(可能固定地安装在车辆中或仅仅出于运输目的而容纳在车辆中)，且不仅仅设计用于永久的固定使用，如在建筑物加热系统中的情况那样。加热装置的重量可小于500千克，优选小于100千克，更优选小于20千克。加热装置可固定地安装在车辆(道路车辆、船舶等)中，特别是道路车辆中。特别地，它可设计用于加热车辆内部，例如道路车辆、船只或飞行器的内部，以及(部分)开放的空间，例如可在船上、特别是游艇上出现的开放空间。加热装置也可(暂时)以固定方式使用，例如在大帐篷、货柜(例如建筑货柜)等中使用。特别地，电加热装置可设计为用于比如陆地车辆(例如大篷车、房车、公共汽车、汽车等)的常设加热器或辅助加热器的移动应用。

在弯转区段中，导热带可弯转至少90度，优选至少120度，更优选至少150度(特别是至少约180度)。

基板可具有平坦或非平坦(例如，凸起的或弯曲的)表面。由绝缘间隔彼此隔开的多个(彼此相邻地延伸)带区段优选地相对于基板表面布置在(至少基本上)齐平的高度处。

第一和第二带区段优选地(至少部分地)彼此平行地延伸(在几何意义上)。弯转区段优选地弯转180度或至少约180度(即，特别是至少170度)。在这种设计中，潜在的(局部)加热特别明显，从而可通过弯转区域中的附加导体带减少或特别有效地防止(局部)加热。

内分支带设计为比外分支带窄(至少平均而言和/或至少部分地，优选完全地)。通过这种措施，也使电流分布更均匀。

分支带优选地在第一和/或第二带区段的至多70％、更优选至多30％、甚至更优选至多15％和/或优选至少5％、甚至更优选至少10％上延伸。因此，优选地，分支点仅位于弯转区段稍上游，这使得制造相对简单，同时仍然有效地保持电流分布均匀。

在一个实施例中，导热带在第一带区段中或弯转区段中分支成由分支绝缘间隔彼此隔开的至少三个(或正好三个)分支带，其中，分支带在第二带区段中或弯转区段中再会合。因此，能够使电流分布更均匀。

分支带可相对于基板的表面布置在相同的高度处和/或具有相同的厚度(垂直于基板的表面而言)。

电流方向彼此相反的相邻带区段之间的距离可设计成在弯转区段的区域中(局部地)加宽。通过将分支带与这种距离(局部)加宽相组合，能够特别可靠地抑制热点的形成。然而大体上，也可省去这种距离的(局部)加宽，从而提高基板表面的区域的利用率。

至少一个导热带可在基板上以双线型式延伸。通过双线布置，导热带可较大程度地地覆盖由基板提供的表面，且空区域较小。此外，双线布置使得可使通过电加热装置可能的干扰辐射最小化。在双线布置中，导热带的带区段彼此相邻地定位，使得电流在相反方向上流过或能够流过的带区段相应地布置成彼此相邻地延伸。在这种情况下，用于加热目的导热带的至少基本上所有带区段都优选是双线布置的一部分。因此，产生的电磁场可至少部分地相互抵消。然而，应注意，特别是用于连接到电源的连接区也可以以非双线方式布置。导热带的其余区域可优选至少基本上以双线方式布置。

导热带可具有至少两个或至少三个弯转区段。这些(多个)弯转区段中的每个都可分配相应的分支带。如果导热带具有(正好)两个(特别是180度弯转的)弯转区段，则可实现优化的双线布置，从而具有低电磁辐射，且因而仅有少数区域在操作期间发生温度升高。在多个导热带形成在基板上的情况下，导热带中的每个可优选地分别具有(正好)两个反转点。

在一个特定实施方案中，导热层覆盖基板表面的至少80％，优选覆盖基板表面的至少85％。在这种情况下，给出了对可用基板表面的相对较好的利用，且仍然可使各个带区段彼此充分绝缘。特别地，导热层可覆盖小于95％的基板表面。

电绝缘材料优选布置在绝缘间隔中。除绝缘间隔之外，电绝缘材料还可优选地覆盖导热带的背向基板的表面。电绝缘材料可特别优选地在形成导热带之后沉积为层。电绝缘材料一方面优选地(相对高度地)电绝缘，另一方面(相对高度地)热传导。通过电绝缘材料，能够保持绝缘间隔的宽度相对较小，从而可高效地利用基板的可用表面，以用于导热带。

根据一项改进，导热带设计成，使得具有相同定向的电流方向的两个导热带相应地至少在其长度的大部分上彼此相邻地且可能彼此平行地延伸。导热带尤其可设计成，使得具有相同定向的电流方向的两个导热带相应地在长度的至少80％上彼此相邻地且彼此平行地延伸。两个相应的带区段可在它们的端部处尤其相应地连接到公共连接区段以连接到电源。这种改进使得电流在电加热元件中特别有利地分布，并因此使加热功率的分布特别均匀。此外，这种结构可以以简单且低廉的方式形成，同时充分利用基板的可用表面。

在一个实施例中，导热带设计成使得它在其长度的大部分上直地延伸。这也使得基板能够有效地配备导热带。

根据一项改进，至少一个另外的层形成在导热层上。特别地，还可在导热层上形成多个层。优选地，绝缘层可在导热层上形成，绝缘层还可填充导热带的带区段之间的绝缘间隔。用于监测电加热装置的功能的传感器层可优选地例如也在绝缘层上形成。绝缘层使得能够通过额外地隔离载流区域来提供高水平的安全性。

在一个特定实施例中，电加热装置是机动车辆加热装置。电加热装置可相应地尤其设计成用于加热流体，例如车辆内部的空气或车辆的液体回路中的液体。

上述目的尤其通过一种车辆、优选机动车辆、更优选汽车或卡车来实现，该车辆包括上述类型的电加热装置。

特别地，通过上述类型的电加热装置用于车辆、特别是机动车辆的用途，进一步实现了上述目的。

电加热装置的设计通常还具有的优点是，在基板表面上不需要(或仅需要一点)额外的空间，从而可高效地利用可用空间。总的来说，可实现相对简单和低廉的设计。在导热带的(预定)型式的情况下，分支带使得能够增加每单位面积可实现的加热功率，因为可能的加热功率主要由可形成局部热点的临界点确定。导热带在弯转区段处弯转得越大，所达到的效果就越大。因此，当弯转区段弯转(至少大约)180度时，分支带的效果特别显著。

导热层优选是在基板的区域上沉积的层，且可能随后通过材料去除来结构化。这使得导热带的生产相对低廉。导热层可优选地使用热喷涂方法施加到基板上，然后结构化(例如，通过激光加工)。然而大体上，可想到用于形成导热层的其他方法，例如印刷方法、浇注方法等。同样地，其他结构化方法也是可能的，比如蚀刻、机械去除、超声波等。导热层优选地由导电材料、特别是金属材料制成。此外，导热层可通过介入的电绝缘(且可能是高导热的)中间层与基板的材料隔开。导热层可特别地例如由镍-铬合金形成和/或通过氧化铝层与基板的材料隔开。基板可优选地具有相对较好的导热性，特别是由金属制成。相应的导热带可优选具有几毫米的宽度，特别是2.5mm至5mm的宽度，以及5μm至30μm范围内的厚度(在垂直于基板的方向上)，特别是10μm至25μm范围内的厚度。

在一个具体实施例中，电加热装置被设计为高压加热器，其工作电压范围优选地在150伏和900伏之间，更优选地在200伏和600伏之间。然而，也可设计达1000伏以上的电压。在这种情况下，电加热装置可特别有利地例如在电动或混合动力车辆中使用，而不需要昂贵的变压器。

附图说明

下文将参考示例性实施例描述本发明，参考附图更详细地解释了这些示例性实施例。在附图中：

图1示出了根据本发明的电加热装置的示意剖视图；

图2示出了根据比较示例的导热层的剖视图；

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的类似于图2的剖视图；

图4示出了根据另一示例性实施例的类似于图2和3的剖视图。

具体实施方式

在以下描述中，相同的附图标记用于相同和等同的部分。

图1示出了根据本发明的加热装置的示意剖视图。所述加热装置包括基板10，(直接)布置在基板10上的电绝缘层11，(直接)布置在电绝缘层11上的导热层12，和(直接)布置在导热层12上的绝缘层13。电绝缘层11和绝缘层13仅是可选的。特别是在基板10由导电材料、例如金属形成时，提供电绝缘层11。

根据图1的电加热装置设计用于加热车辆中的流体。在该情况下，流体尤其可由待加热的空气或通过车辆的流体回路中的流体形成。电加热装置在该情况下特别设计为高压加热器，其用于以150伏至900伏范围内、特别是200伏至600伏范围内的操作电压操作。然而，例如也可设计为超过1000伏。

基板10特别是同时设计为热交换器，用于将释放的加热功率传递给待加热的流体。特别地，底侧(未示出)可设置有多个热交换器肋和/或通道，待加热的流体通过所述热交换器肋和/或通道引导。基板10可优选地由具有高传热系数的金属材料(在制造方面低廉地)形成，特别是由铝或铝合金制成。然而，大体上，也可由具有高导热性的电绝缘材料制造基板10，比如特别是由相应的陶瓷制造基板10。

电绝缘层11优选具有高导热率。此外，电绝缘层11优选由氧化铝形成。此外，电绝缘层11可在热喷涂方法中沉积在基板10上。特别地，在基板由铝或铝合金形成的情况下，电绝缘层11可通过例如有针对性地氧化基板10的表面来形成。电绝缘层11设计成使基板10与导热层12电绝缘(然而同时，允许到基板10的材料的良好热传递)。

导热层12优选地沉积在基板10上(或绝缘层11上)。导热层12可由金属材料(特别是镍-铬合金)形成。导热层11优选地在热喷涂方法中沉积。然而，替代性地，也可例如在印刷或浇注方法中沉积导热层11。

导热层12构造成使得形成至少一个导热带，该导热带设计成当在其相反端部之间施加电压时释放电阻热。大体上，导热带可如wo2013/186106a1中所述那样构造(除了弯转区段的区域中的分支带，其将在下面更详细地描述)。

在电加热装置的边缘区域中，可提供连接部，用于将导热带与电源连接。这种连接部可布置在基板10的边缘之上(例如彼此相邻)，以彼此电绝缘。在这种情况下，第一连接部可设计成用于电接触导热带并施加第一电势，且第二连接部可设计成用于电接触导热带并施加不同的第二电势。因此，能够通过两个连接部将所需的电势差施加到导热带。

图2示出了用于导热层12的构造的比较示例的截切图。通常，该导热层可构造成使得其在基板10上以双线型式延伸。

导热层具有导热带14，导热带14包括多个彼此相邻形成的带区段15a，15b，15c和15d。带区段15a-15d通过绝缘间隔16彼此隔开，因此彼此电绝缘。绝缘间隔可优选地通过以下方式形成：使得导热层12首先沉积在基板10的表面上，然后在绝缘间隔的区域中特别是通过激光加工有针对性地去除导热层12的材料。图2中用箭头示意性地示出了导热带14中的优选电流方向。

绝缘间隔16优选地(在其纵向延伸范围上)具有(至少基本上)恒定的宽度。这使得导热带14的带区段15a至15d能够大面积地覆盖基板的表面，从而能够尽可能最佳地利用可用面积来形成提供加热功率的带区段。

(直地延伸的)带区段15a和15b或15c和15d通过弯转区段17a和17b相应地相互连接。在弯转区段17a中，导热带14(在主平面中)被弯转(至少基本上)180度，使得带区段15a，15b(具有相反的电流方向)仅通过绝缘间隔16隔开地彼此相邻地且彼此平行地延伸。

在根据图2的比较示例中，在弯转区段17a的内弯部18的区域中出现具有相对较高电流的区域19，因为流动的电流主要寻求最低电阻的路径(或最短路径)。在导热带14的剖视图上的这种不均匀的电流分布导致在电流更大程度地通过的区域19中产生强烈的局部加热，因此存在热点的风险，所述热点由于强加热而对电加热装置的寿命产生不利影响。在根据图2的比较示例中，在该情况下可产生254℃的最高温度。

通过形成根据图3(其更详细地示出了根据本发明的电加热装置的一个实施例)的导热层12解决了或至少减轻了形成不希望的热点的问题。根据图3的导热层12可特别设计成类似于根据图2(根据比较示例)的导热层12，其差别在下文更详细地说明。第一带区段15a在弯转区段17a上游分支，使得电流在(通过分支绝缘间隔)彼此绝缘的两条路径上流动。因此，比较而言有效地平缓了电流分布。在内弯部18处仍然可出现具有增加的电流密度的区域19。然而，该区域19远不如根据图2的比较示例中那么显著。因此，总的来说，带区段15a分支成两个分支区段21a，21b。在根据图3的实施例中，这些分支区段21a，21b在弯转区段17a的端部处会合。除了分支区段之外，其他结构与根据图2的比较示例中的结构相同，产生了显著降低的、仅226℃的最高温度。

图4示出了根据本发明的电加热装置的另一实施例的截切图。与根据图3的实施例相对照，在此，第一带区段15a分支成三个分支区段21a，21b和21c(由分支绝缘间隔20a，20b隔开)。因此，电流分布能够进一步均匀化。此外，在根据图4的实施例中，可使分支区段21a-21c仅在距弯转区段17a的端部一定距离处再会合。因此，分支区段21a-21c的起始端和结束端彼此相邻(相对于电流方向)。这大体上也可以是根据图3的实施例中的情况。

优选地(如图3和图4中示意性地示出的)，使得内分支区段21a或两个内分支区段21a和21b(如图4所示)设计成与外(最外)分支区段21b或21c相比更窄(至少平均而言)。因此，相对较高比例的电流被迫进入更靠外的分支区段，这进一步阻碍了在内弯部18的区域中形成热点。

如图1中示意性所示，至少一个另外的绝缘层13可形成在导热层12上或相应构造的导热带14上，该另外的绝缘层13覆盖导热层12的背离基板10的上侧。优选地，该另外的绝缘层13尤其设计成使得它还填充带区段15a-15d之间的绝缘间隔16，20。由此保证了带区段15a-15d彼此之间特别好的绝缘。另外的绝缘层11例如可在构造导热层12之后沉积在构造的导热带14上。沉积在此可优选例如使用热喷涂方法、浇注方法等来进行。特别地，该另外的绝缘层13可例如由氧化铝形成，以实现良好的电绝缘且同时具有良好的导热性。

优选地，将一个或多个另外的层附加地施加到该另外的绝缘层13。特别有利的是，形成至少一个附加的传感器层以监测电加热装置的功能。

在弯转区段17a的区域中相邻带区段之间的距离可设计成(局部地)加宽，使得导热带14的弯转包绕出例如(基本上)水滴状或火柴头状的区域22。在所示的特定实施例中，包绕的区域22导电地连接到带区段中的一个，即带区段15b(即，相对于该导体15b在导热层中不形成间隔)。然而，例如，也可通过绝缘间隔使包绕的区域22与内带区段完全隔开。由于弯转区段17a的区域中内带区段之间的距离的局部加宽，避免了内带区段的外边缘上的电流路径与内带区段的内边缘上的电流路径之间的过大距离差，从而进一步防止了弯转区段处在内侧上的电流过度集中。通过与提供的分支区段的协同相互作用，因而能够有效地避免局部加热。

在此应该注意，所有上述部件单独地以及以任何组合地、特别是附图中所示的细节，对本发明来说至关重要的。其变型对本领域技术人员来说是知悉的。

附图标记列表

10基板

11电绝缘层

12导热层

13绝缘层

14导热带

15a带区段

15b带区段

15c带区段

15d带区段

16绝缘间隔

17a弯转区段

17b弯转区段

18内弯部

19区域

20分支绝缘间隔

20a分支绝缘间隔

20b分支绝缘间隔

21分支区段

21b分支区段

21c分支区段

22区域