载热体加热装置及具备该载热体加热装置的车用空调装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种抑制温度传感器的设置数量的同时，直接检测IGBT等半导体开关元件的温度，能够进行可靠性较高的过热保护控制的载热体加热装置及具备该载热体加热装置的车用空调装置。载热体加热装置具备至少2个以上的PTC加热器，通过具备半导体开关元件（34)的多个电路的导通/断开来控制对各PTC加热器的通电，并且能够调整加热量，其中，在多个半导体开关元件(34)的每2个半导体开关元件（34)之间分别设置有1个过热保护用温度传感器（58、59)，根据该温度传感器（58、59)的检测温度、任意一侧的电路导通时的第一阈值TH1以及两侧电路同时导通时的第二阈值TH2，对半导体开关元件（34)进行过热保护控制。
【专利说明】载热体加热装置及具备该载热体加热装置的车用空调装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用PTC加热器来加热载热体的载热体加热装置及具备该载热体加热装置的车用空调装置。
【背景技术】
[0002]已知有一种适用于电动车和混合动力车等的车用空调装置，其在对成为供暖用热源的被加热介质进行加热的载热体加热装置的I个中，使用将正特性热敏电阻元件(Positive Temperature Coefficient ；以下称为PTC元件)作为散热要件的PTC加热器。所述载热体加热装置中，通过具备IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等半导体开关元件的控制电路进行对PTC加热器的通电控制(例如参照专利文件1、2)。
[0003]作为功率晶体管的IGBT是发热性电器组件，需要将接合温度管理为极限值以下。作为该温度管理的方式，已知有如下方式:对多个IGBT分别个别设置温度传感器，直接检测各IGBT的箱体温度等，并通过限流等进行过热保护控制的方式；以及对所有的IGBT设置单一的温度传感器，根据该检测值、预定的热模型、电力损失等，通过运算来计算并推断接合温度/箱体温度，并通过限流等来进行过热保护控制的方式等(例如参照专利文献3)。
[0004]以往技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利公开2011-79344号公报
[0007]专利文献2:日本专利公开2012-56351号公报
[0008]专利文献3:日本专利公开2008-263774号公报
[0009]发明的概要
[0010]发明要解决的技术课题
[0011]然而，只设置IGBT数量的温度传感器，检测各IGBT的直接温度的方式中，能够精确度较高地检测各IGBT的温度，相反存在温度传感器数量增加，结构复杂的同时，成本增加等问题。另一方面，根据单一的温度传感器的检测值、热模型、电力损失等，并通过运算来推断接合温度/箱体温度的方式中，不必进行复杂的运算，与检测直接温度的情况相比，具有无法否认精确度变差等问题。
[0012]本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种抑制温度传感器设置数量的同时，直接检测IGBT等半导体开关元件的温度，能够进行可靠性较高的过热保护控制的载热体加热装置及具备该载热体加热装置的车用空调装置。
[0013]用于解决技术课题的手段
[0014]本发明的第一方式所涉及的载热体加热装置，其具备至少2个以上的PTC加热器，通过具备半导体开关元件的多个电路的导通/断开来控制对各PTC加热器的通电，并且能够调整加热量，其构成为:多个半导体开关元件中的每2个半导体开关元件之间分别设置有I个过热保护用温度传感器，根据该温度传感器的检测温度、所述任意一侧的电路导通时的第一阈值THl以及所述两侧电路同时导通时的第二阈值TH2，对所述半导体开关元件进行过热保护控制。
[0015]根据第一方式，关于通过具备半导体开关元件的多个电路的导通/断开来控制对多个PTC加热器的通电的载热体加热装置，其构成为:在多个半导体开关元件中的每2个半导体开关元件之间分别设置I个过热保护用温度传感器，根据该温度传感器的检测温度、其中一侧电路导通时的第一阈值THl及两侧的电路全部导通时的第二阈值TH2，半导体开关元件被过热保护控制。因此，能够将各半导体开关元件的过热保护控制设为直接检测半导体开关元件的温度的方式的同时，将温度传感器的数量设为半导体开关元件的数量的一半来抑制温度传感器数量的增加。因此，无需通过复杂的运算推断半导体开关元件的温度并对其进行控制，能够提高过热保护控制的可靠性的同时，抑制温度传感器的设置数量，能够实现成本减低及结构的简化。
[0016]并且，本发明的第二方式所涉及的载热体加热装置，在上述载热体加热装置中，通过分别具备所述2个半导体开关元件的所述电路被控制的2个所述PTC加热器之间存在能力差的情况下，所述第一阈值THl个别设定为一侧电路侧的阈值THl-A和另一侧电路侧的阈值TH1-B。
[0017]根据第二方式，通过分别具备2个半导体开关元件的电路被控制的2个PTC加热器之间存在能力差的情况下，第一阈值THl个别设定为一侧电路侧的阈值THl-A和另一侧电路侧的阈值TH1-B。因此，通过具备共用过热保护用温度传感器的2个半导体开关元件的电路分别被控制的2个PTC加热器之间存在能力差的情况下，还产生半导体开关元件的散热量差，预料到这种情况，将第一阈值THl个别设定为THl-A和TH1-B，由此能够分别以适当温度分别对半导体开关元件进行过热保护控制。因此，对于存在能力差的多个PTC加热器，也能够同样适用，能够提高过热保护控制的可靠性。
[0018]本发明的第三方式所涉及的载热体加热装置中的上述任意载热体加热装置中，所述半导体开关元件为IGBT。
[0019]根据第三方式，半导体开关元件为IGBT。因此，即使在使用需要将接合温度管理为极限值以下的IGBT的电路，根据预设的阈值，也能够适当地进行过热保护控制。因此，稳定对PTC加热器的通电控制电路，能够提高载热体加热装置的品质。
[0020]本发明的第四方式所涉及的车用空调装置，其构成为，通过载热体加热装置被加热的载热体能够在配设于空气流通路中的散热器内循环，其中，所述载热体加热装置为上述任意载热体加热装置。
[0021]根据第四方式，在构成为通过载热体加热装置被加热的载热体能够在配设于空气流通路中的散热器内循环的车用空调装置中，载热体加热装置为上述任意载热体加热装置。因此，能够通过高品质且可靠性较高的上述载热体加热装置加热并供给向配设于空气流通路中的散热器供给的载热体。因此，能够进一步稳定车用空调装置的空调性能，尤其能够进一步稳定供暖性能。
[0022]发明效果
[0023]根据本发明的载热体加热装置，将各半导体开关元件的过热保护控制设为直接检测半导体开关元件的温度的方式的同时，将温度传感器的数量设为半导体开关元件数量的一半，由此能够抑制温度传感器的数量增加。因此，无需通过复杂的运算来推断并控制半导体开关元件的温度，能够提高过热保护控制的可靠性的同时，抑制温度传感器的设置数量的同时，能够实现成本降低及结构的简化。
[0024]并且，根据本发明的车用空调装置，能够通过高品质且可靠性较高的上述载热体加热装置加热并供给向配置在空气流通路中的散热器供给的载热体。因此，能够稳定车用空调装置的空调性能，尤其稳定供暖性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是具备本发明的一实施方式所涉及的载热体加热装置的车用空调装置的概要结构图。
[0026]图2是图1所示的载热体加热装置的分解立体图。
[0027]图3是通过图2所示的载热体加热装置的载热体出/入口路的位置上的纵截面图。
[0028]图4是图2所示的载热体加热装置的控制基板与线束侧及电极板侧端子的连接位置上的纵截面图。
[0029]图5是从上方观察拆下图2所示的载热体加热装置的上板的状态的分解立体图。
[0030]图6是图5所示的载热体加热装置的俯视图。
[0031]图7是拆下图6所示的载热体加热装置的控制基板的状态的俯视图。
[0032]图8是图7的A-A截面对应图。
[0033]图9是表示根据图8所示的温度传感器的检测值进行过热保护控制时的阈值设定例的放大图。
【具体实施方式】
[0034]以下，利用图1至图9，对本发明的一实施方式进行说明。
[0035]图1中示出具备本发明的一实施方式所涉及的载热体加热装置的车用空调装置的概要结构图。
[0036]车用空调装置I具备有外壳3，其形成引入外气或车厢内空气来进行调温后，用于将其导入到车厢内的空气流通路2。
[0037]在该外壳3的内部从空气流通路2的上游侧到下游侧依次设置有:鼓风机4，通过吸入外气或车厢内空气来升压，并将其加压输送至下游侧；制冷器5，冷却通过该鼓风机4被加压输送的空气；散热器6，加热通过制冷器5被冷却的空气；空气混合风门7，调整通过散热器6的空气量与绕开散热器6的空气量的流量比例，并在其下游侧进行空气混合，由此调节调温风的温度。
[0038]外壳3的下游侧连接有未图示的吹出模式切换风门和将通过风门进行调温的空气吹出到车厢内的多个吹出口。
[0039]制冷器5与未图示的压缩机、冷凝器、膨胀阀等一同构成制冷剂电路，通过使由膨胀阀被绝热膨胀的制冷剂蒸发来冷却通过制冷器的空气。并且，散热器6与罐8、泵9及载热体加热装置10 —同构成载热体循环电路10A，通过由载热体加热装置10被加热至高温的载热体(例如防冻液、温水等)经由泵9进行循环，对通过散热器的空气进行加温。
[0040]图2中示出图1所示的载热体加热装置10的分解立体图，图3中示出通过该载热体出/入口路的位置上的纵剖面图，图4中示出该控制基板与线束侧及电极板侧端子的连接位置上的纵截面图。
[0041]载热体加热装置10具备有底面及上表面开口且内部设置有分隔壁12的呈四边形的压铸铝制的外壳11。该外壳11的底面通过螺纹结合的底板13被密闭，上面通过螺纹结合的上板14被密闭。
[0042]外壳11上一体成型有从分隔壁12的上表面侧(另一面侧)朝上侧突设后进一步向侧方延伸的一对载热体入口路15及载热体出口路16。载热体入口路15及载热体出口路16贯穿分隔壁12并向分隔壁12的底面侧(一面侧)开口。分隔壁12上用于贯穿后述的多个端子29的开口部17(参照图4、7)沿着一边设置，并且在其底面侧的4边部一体成型有规定高度的凸台部18。该凸台部18用于紧固后述的换热器压部件32。并且，在外壳11的外周面的两侧设置有载热体加热装置10的装配用支架19。
[0043]在外壳11的分隔壁12的底面侧(一面侧)组装有换热元件20。换热元件20是将多片(4片)扁平换热管21和多组(本实施方式中为4组)的PTC加热器26交错多层层叠来构成的元件，凸台部18上通过经由螺纹31紧固的板状换热器压部件32，以对分隔壁12按压的方式紧固，扁平换热管21和PTC加热器26相互紧贴地设置。
[0044]扁平换热管21是将铝合金制薄板冲压成型而成的一对成型板重叠并钎焊而得的厚度数_左右的管，其具备扁平管部24，该扁平管部上形成有其一端侧设置有入口集管部22和出口集管部23，并从其入口集管部22延伸而在另一端侧U型转弯，直至出口集管部23的U型转弯流路。扁平管部24的U型转弯流路上插入波形的内散热片(未图示)。入口集管部22及出口集管部23上设置有连通孔，该连通孔连通相邻的扁平换热管21的入口集管部22及出口集管部23之间，该连通孔周围通过O型环等密封件25被密封。
[0045]如已知，PTC加热器26由PTC元件27和接合于其两面的一对电极板28构成，呈板状四边形状，在扁平换热管21的扁平管部24之间以夹层状层压而构成。在各电极板28上从其一边延伸向上方L字形弯曲形成的多个端子29隔着规定间隔以一线形串联排列设置。多个端子29构成为贯穿分隔壁12的开口部17并向上方延伸。并且，PTC加热器26经由绝缘薄膜及导热片材30等层叠在扁平管部24之间。
[0046]换热元件20组装成以扁平换热管21的入口集管部22及出口集管部23与贯穿分隔壁12并向分隔壁12的底面侧(一侧面)开口的载热体入口路15及载热体出口路16连通连接的方式，其连接部上介装O型环等密封件25。外壳11的底面侧的开口部在组装换热元件20后,通过底板13被密闭。
[0047]如图3、图5及图6所不,分隔壁12的上表面侧(另一面侧)固定设置有利用载热体入口路15及载热体出口路16的侧部间隙(死隙)对PTC加热器26进行通电控制的控制基板33。控制基板33是安装有控制电路35的基板，所述控制电路包括对多组(本实施方式中为4组)的PTC加热器26进行通电控制的IGBT等多个(本实施方式中为4个)的电力控制用半导体开关元件34 (以下仅成为半导体开关元件)，经由导热性绝缘片材36等通过螺纹37紧固在分隔壁12的上表面。
[0048]在此，如图7及图8所示，作为多个(4个)半导体开关元件34，使用离散型IGBT，该IGBT经由硅片材等导热绝缘片材38通过螺纹39固定设置在分隔壁12的上表面设置部12A。该半导体开关元件34的端子34A与通过控制基板33的通孔安装在控制基板33上的控制电路35电连接。半导体开关元件34是发热性电器组件，能够使与换热元件20的扁平换热管21接触的分隔壁12散热并使其冷却。另外，分隔壁12为铝合金制。
[0049]并且，控制基板33上设置有在其一边侧的下表面串联排列的多个端子板40和与其相邻的2个PN端子板41。在多个端子板40上通过螺钉42螺合连接有从构成紧固在分隔壁12的底面侧(一面侧)的换热元件20的PTC加热器26的电极板28延伸的端子29。并且PN端子板41上通过螺钉48螺合连接有后述的电源用HV线束(High-Voltage线束)46的PN端子47。
[0050]从电极板28延伸的端子29需要相对于控制基板33的端子板40进行定位连接，因此在控制基板33的背面设置有端子盖43。该端子盖43是用于相对于控制基板33侧的多个端子板40对从电极板28延伸的端子29进行定位的部件，因此通过控制基板33经由螺纹37紧固在分隔壁12的上表面，嵌合设置在分隔壁12的开口部17内。端子盖43是由具有绝缘性的PBT等树脂材料一体成型品，在嵌合于开口部17的部分上通过多个端子29的多个狭缝状定位孔44 一线形地串联排列。
[0051]S卩，相对于上述端子盖43的定位孔44，以通过端子29的状态将电极板28、即多层层叠PTC加热器26和扁平换热管21而构成的换热元件20紧固在分隔壁12的一面侧，由此成为将PTC加热器26及电极板28以无位置偏离的状态组装，相对于控制基板33的端子板40对从电极板28延伸的端子29进行定位的结构。另外，为了确保强度，端子盖43的定位孔44串联排列的部分成型为波状。
[0052]并且，在控制基板33上设置有如上所述的分支成分叉形的电源用HV线束(High-Voltage线束)46的PN端子47经由螺钉48连接的多个PN端子板41的同时，设置有可以连接控制用LV线束(Low-VoItage线束)49侧的连接器50的LV连接器(未图示)。另外，PN端子47成为圆形端子，以便能够通过螺钉48连接于PN端子板41，连接器50成为TOP型连接器，以便能够从上方插入连接。
[0053]另一方面，如图2及图5所示，在外壳11的一侧面，经由螺钉42将电极板28的端子29螺合连接于端子板40时，以及经由螺钉48将电源用HV线束46的PN端子(圆形端子)47螺合连接于PN端子板41时的操作窗45开口。操作窗45成为能够对螺钉42、48进行紧固操作的程度的大小。该操作窗45能够通过未图示的装卸自如的盖体被断开。
[0054]并且,外壳11的上表面侧开口部上设置控制基板33的同时,将与电极板28 —体的端子29螺合连接于控制基板33的端子板40之后，可以通过上板14密闭。上板14构成为经由液态密封垫等密封件密闭安装在外壳11。在安装该上板14时，为了设置于上板14的HV线束46的PN端子47连接于控制基板33侧的PN端子板41，通过线束架51定位在规定位置，并且控制用LV线束49侧的连接器50相对于控制基板33侧的LV连接器进行连接器连接。
[0055]上板14是在与其上表面的载热体入口路15及载热体出口路16延伸的方向的相反侧空间上设置有电源用HV线束46及控制用LV线束49的连接部52、53的部件，能够连接有来自电源(蓄电池)及上位控制装置(ECU)的未图示的电缆或者线束。从将载热体加热装置10装载到车辆时的操作性方面来看，该线束连接部52、53设置成在车载状态下的载热体加热装置10的外壳11的前面能够连接来自电源及上位控制装置的电力用HV线束及控制用LV线束。
[0056]并且，在本实施方式中，如图7所示，从分隔壁12上升的载热体入口路15及载热体出口路16的上升部分上设置有检测载热体出/入口温度的温度传感器54、55的设置部56、57。将载热体出/入口温度传感器54、55 (参照图6)螺合设置于设置部56、57，通过将其检测值输入到控制基板33来用于控制温度。并且，防止作为发热性电器组件的上述4个半导体开关元件34的过热，对其进行保护的2个过热保护用温度传感器58、59通过螺钉62螺合设置在与半导体开关元件34的设置部12A相邻的设置部60、61。
[0057]过热保护用温度传感器58、59构成为:分别在一列排列的4个半导体开关元件34中的每2个半导体开关元件34的中间位置上各设置I个共设置2个，可以分别直接检测2个半导体开关元件34的温度。并且，构成为:将其检测值输入到控制基板33上的过热保护控制电路，当超过预先设定有检测温度的阈值时，如已知，执行基于限流等的过热保护控制。
[0058]关于用于过热保护控制的阈值，将2个过热保护用温度传感器58、89分别检测的各2个半导体开关元件34分别设为A、B时，如图9所示，半导体开关元件A、B中任意一侧导通时的第一阈值设为TH1，半导体开关元件A、B双方均导通时的第二阈值设为TH2。此时，通过在包括各2个半导体开关元件A、B的电路被控制的2个PTC加热器26存在能力差的情况下，将第一阈值THl个别设定为一侧电路侧的阈值THl-A和另一侧电路侧的阈值THl-B即可。
[0059]其中，上述阈值中，“第一阈值THl <第二阈值TH2”，个别设定第一阈值THl的情况下，能力较大的一侧的PTC加热器26所对应的阈值相应地设定得较大。
[0060]在如上说明的载热体加热装置10中构成为:从外壳11的载热体入口路15流入的载热体相对于构成换热元件20的多片扁平换热管21，经过入口集管部22向扁平管部24流通，在扁平管部24的U型转弯流路内流通期间，通过PTC加热器26加热并升温，向出口集管部23流出，从此处经过载热体出口路16向外部送出的流通路中流通。从该载热体加热装置10流出的载热体经由载热体循环电路10A(参照图1)供给到散热器6，供供暖使用。
[0061]另一方面，在PTC加热器26中，来自连接于上板14的线束连接部52的电源用HV线束46的电力经由控制基板33被施加。并且，在控制基板33上经由连接于线束连接部53的控制用LV线束49输入控制信号，根据来自温度传感器54、55的载热体出/入口温度及设定温度等，控制经由半导体开关元件34及控制电路35等施加到多组PTC加热器26的电力，控制加热量。
[0062]此时，在半导体开关元件34产生的热导热至压铸铝制的外壳11的分隔壁12上，将该分隔壁12作为散热片，将在扁平换热管21内流动的载热体作为冷热源来进行冷却。即，作为发热性电器组件的半导体开关元件34所产生的热经由导热性绝缘片材38散热至分隔壁12，可以将在换热元件20的扁平换热管21内流动的载热体作为冷热源来进行冷却，冷却至规定值以下。
[0063]但是，有时因过负荷等而导致过热，因此检测半导体开关元件34的温度，对半导体开关元件34进行过热保护。本实施方式中，构成为，在多个(4个)半导体开关元件34的每2个(A、B)的半导体开关元件34的中间位置上分别设置有I个过热保护用温度传感器58、59，根据该温度传感器58、59的检测温度，以及包括各2个(A、B)的半导体开关元件34的任意一侧的PTC加热器26的控制电路导通时的第一阈值THl及双方的控制电路均导通时的第二阈值TH2，对各2个(A、B)的半导体开关元件34进行过热保护控制。
[0064]因此，将各半导体开关元件34的过热保护控制设为直接检测半导体开关元件34的温度来进行的方式，并且，将温度传感器58、59的数量设为半导体开关元件34的数量的一半，能够抑制温度传感器58、59的数量增加。因此，无需通过复杂的运算来推断半导体开关元件34的温度并对其进行控制，能够提高过热保护控制的可靠性的同时，抑制温度传感器58、59的设置数量，能够实现成本减低及结构的简化。
[0065]并且，通过具备各2个(A、B)的半导体开关元件34的控制电路控制的2个PTC力口热器26存在能力差的情况下，将第一阈值THl个别设定为一侧电路侧的阈值THl-A和另一侧电路侧的阈值TH1-B。因此，通过共用过热保护用温度传感器58、59的2个(A、B)的半导体开关元件34的电路控制的2个PTC加热器26存在能力差的情况下，半导体开关元件34的发热量也存在差，预料到这种情况，将第一阈值THl个别设定为阈值THl-A和TH1-B，由此能够以适当温度分别过热保护控制各半导体开关元件34。因此，对于存在能力差的多个PTC加热器26，也能够同样适用，能够提高过热保护控制的可靠性。
[0066]并且，本实施方式中，半导体开关元件34为IGBT，因此，即使在使用需要将接合温度管理为极限值以下的IGBT的电路，根据预设的阈值，也能够适当地进行过热保护控制。因此，稳定对PTC加热器26的通电控制电路，能够提高载热体加热装置10的品质。
[0067]并且，根据本实施方式所涉及的车用空调装置1，能够通过高品质且可靠性较高的上述载热体加热装置10加热并供给向配置在空气流通路2中的散热器6供给的载热体。因此，能够稳定车用空调装置I的空调性能，尤其能够稳定供暖性能。
[0068]另外，本发明不限于上述实施方式所涉及的发明，在不脱离该主旨的范围内，可进行适当变形。例如，在上述实施方式中，构成为:将多片扁平换热管21多层层叠，在各自之间组装多组PTC加热器26。但是该扁平换热管21及PTC加热器26可配合载热体加热装置10的能力适当增减。
[0069]并且，关于各扁平换热管21，对使用一端侧并列设置入口集管部22及出口集管部23并在其之间形成有U型转弯流路的扁平换热管21的例子进行了说明，但也可以设为一端侧设置入口集管部、另一端侧设置出口集管部的管。这种情况下，设置在外壳11侧的载热体入口路15及载热体出口路16也对应于入口集管部及出口集管部而分配到左右来设置。
[0070]并且，上述实施方式中，对外壳11为压铸铝制的例子进行了说明，但外壳11可以为PPS等树脂材料制。这种情况下，关于分隔壁12，至少将构成散热片的部分构成为铝合金制的板材等即可。并且，上述实施方式中，作为半导体开关元件34，对使用离散型IGBT的例子进行了说明，但不限于此，也可以为表面安装型。
[0071]符号说明
[0072]1-车用空调装置，2-空气流通路，6-散热器，10-载热体加热装置，1A-载热体循环电路，26-PTC加热器，34-半导体开关元件(IGBT)，35-控制电路，58,59-过热保护用温度传感器。
【权利要求】
1.一种载热体加热装置，其具备至少2个以上的PTC加热器，通过具备半导体开关元件的多个电路的导通/断开来控制对各PTC加热器的通电，并且能够调整加热量，其构成为: 多个半导体开关元件中的每2个半导体开关元件之间分别设置有I个过热保护用温度传感器，根据该温度传感器的检测温度、所述任意一侧的电路导通时的第一阈值THl以及所述两侧电路同时导通时的第二阈值TH2，对所述半导体开关元件进行过热保护控制。
2.根据权利要求1所述的载热体加热装置，其中，通过具备所述各2个半导体开关元件的所述电路来控制的2个所述PTC加热器之间存在能力差的情况下，所述第一阈值THl个别设定为一侧电路侧的阈值THl-A和另一侧电路侧的阈值TH1-B。
3.根据权利要求1或2所述的载热体加热装置，其中，所述半导体开关元件为IGBT。
4.一种车用空调装置，其构成为，通过载热体加热装置被加热的载热体能够在配设于空气流通路中的散热器内循环，其中， 所述载热体加热装置为权利要求1至3中任一项所述的载热体加热装置。
【文档编号】H05B3/00GK104220281SQ201380016461
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年3月26日 优先权日:2012年4月16日
【发明者】小南聪, 佐藤秀隆 申请人:三菱重工汽车空调系统株式会社