用于车辆的加热装置和冷却所述加热装置的电子控制单元的方法

摘要

本发明涉及一种用于车辆的加热装置(10)，其包括：用于液体热传递介质的流动路径(14、16、20、22、24)；用于产生热量并且用于将所产生的热量释放到在流动路径的加热部(20)上的热传递介质的电加热装置(34)；和用于控制加热装置的热量输出的电子控制器(26)。控制器(26)设有热量排放体以将控制器(26)的废热释放到加热部(20)上游的流动路径预热部(16)上的热传递介质。本发明还涉及一种用于冷却所述控制器的方法。

权利要求

1.一种用于车辆的加热装置(10)，其包括：

用于液体热传送介质的流动路径(14、16、20、22、24)；以及用于产生热量并且用于将所产生的热量排放到在所述流动路径的加热部(20)上的热传送介质的电加热单元(34)；

其特征在于，

所述加热装置(10)还包括用于控制所述加热单元的加热功率的电子控制单元(26)；

其中，所述电子控制单元(26)设有用于将废热从所述电子控制单元(26)排放到所述流动路径的在所述加热部(20)上游的预热部(16)上的热传送介质的热量排放体(28)，其中所述加热装置还包括用于将热量从所述加热单元传递到在所述加热部(20)中的热传送介质的热传递单元(18)，以及其中所述热传递单元(18)和所述热量排放体(28)被形成为单个件。

2.根据权利要求1所述的加热装置(10)，其包括用于将热量从所述加热部(20)下游的热传送介质传递到空气的空气热交换器。

3.根据权利要求1所述的加热装置(10)，其包括壁，所述壁至少部分地限定在所述预热部(16)中的流动路径，其中所述热量排放体(28)从所述壁延伸到所述预热部(16)中。

4.根据权利要求3所述的加热装置(10)，其中所述热量排放体(28)延伸到所述壁的相反部。

5.根据权利要求4所述的加热装置(10)，其中所述热量排放体(28)和所述壁被形成为单个件。

6.根据权利要求1所述的加热装置(10)，其包括第二电子控制单元，其中所述电子控制单元(26)的所述热量排放体(28)延伸到所述第二电子控制单元。

7.根据权利要求1所述的加热装置(10)，其包括连接件(30)，所述连接件(30)将所述热传递单元(18)和所述热量排放体(28)彼此连接并且所述连接件(30)沿着非直线延伸以使得与最短的直线相比在所述热传递单元(18)与所述热量排放体(28)之间的热阻增大。

8.根据权利要求7所述的加热装置(10)，其中所述非直线被形成为L、U、V、S、Z、N、M或W形。

9.根据权利要求1所述的加热装置(10)，其中所述热量排放体(28)被定向以使得其对于所述热传送介质的流动阻力最小。

10.根据权利要求1所述的加热装置(10)，其中所述电子控制单元(26)是功率晶体管。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的加热装置(10)，其中电绝缘的绝缘层(36)被直接涂在所述热量排放体(28)上并且导电的传导层(38)被直接涂在所述绝缘层(36)上，并且其中所述电子控制单元(26)被附接到所述传导层(38)上。

12.根据权利要求11所述的加热装置(10)，其中所述电子控制单元(26)至少经由焊球(40)、粘合元件、石墨材料、传导箔、夹紧连接或螺纹连接附接到所述导电的传导层(38)上。

13.一种冷却车辆中加热装置(10)的电子控制单元(26)的方法，其中所述加热装置(10)包括：用于液体热传送介质的流动路径；以及

电加热单元(34)，所述电加热单元(34)被布置以将加热热量排放到流动路径的加热部(20)中的热传送介质；

其特征在于，

所述加热装置(10)还包括用于控制所述加热单元的加热功率的所述电子控制单元(26)；

其中，所述电子控制单元(26)设有布置在流动路径的所述加热部(20)上游的预热部(16)上的热量排放体(28)，其中所述热传送介质流经所述热量排放体(28)或围绕所述热量排放体(28)流动，其中来自所述电子控制单元(26)的废热被排放到所述热传送介质(S2)，以及其中所述热传递单元(18)和所述热量排放体(28)被形成为单个件。

说明书

用于车辆的加热装置和冷却所述加热装置的电子控制单元的

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于车辆的加热装置并且涉及一种冷却在车辆中的加热装置的电子控制单元的方法。

背景技术

[0002] 电加热装置被例如在机动车辆中用作辅助加热装置或驻车加热装置。电加热装置通常包括用于产生热量并且用于将产生的热量排出到热传送介质的至少一个电加热单元。热传送介质可以例如是水或另一合适的热传送液体。电加热单元可以被连接到电子控制单元，所述电子控制单元允许控制加热单元的加热功率。电子控制单元可以是例如用于控制加热单元中的电流或者用于控制施加在所述加热单元的电压的功率晶体管或者基于半导体的电子电路。

[0003] 作为副作用，电子控制单元通常产生热量，所述热量必须被排出以防止控制单元过热。例如，可以提供允许经由进入的空气排出废热的空气冷却装置。电子控制单元可以例如被放置在空气管内侧，空气能够流过所述空气管。鼓风装置(例如，风扇)可以被布置在管内以产生空气的流动。由电子控制单元预热的空气能够被进一步引导到加热单元以进一步将空气加热到期望的温度。然后，被加热的空气能够进一步被引导到其目标位置，例如车辆的乘客室。

发明内容

[0004] 本发明的目标是提供一种紧凑、坚固、节能并且结构简单的电加热装置。而且，本发明的目标是描述一种用于冷却加热装置的电子控制单元的高能效的方法，所述加热装置能够以结构简单的方式实施。

[0005] 这些目标通过独立权利要求的特征实现。从属权利要求描述改进和有利的实施例。

[0006] 在下面描述用于车辆的加热装置，其中所述加热装置包括用于液体热传送介质的流动路径、用于产生热量并且将产生的热量传递到在流动路径的加热部上的热传送介质的电加热单元并且所述加热装置包括用于控制加热单元的加热功率的电子控制单元。而且，描述了一种冷却在车辆中的加热装置的电子控制单元的方法，其中所述加热装置包括：用于液体热传送介质的流动路径；电加热单元，所述电加热单元被布置以将加热热量传递到在流动路径的加热部上的热传送介质；和用于控制加热单元的加热功率的电子控制单元。

[0007] 电子控制单元可以设有热量排放体，所述热量排放体用于从电子控制单元向在加热部上游的流动路径预热部上的热传送介质排放废热。因此来自电子控制单元的废热主要不被直接传递到要被加热的目标介质(例如要被供应到车辆的乘客室的空气)而是传递到液体热传送介质。为此所需要的构造体积可以因此更小(例如，与电子控制单元的空气冷却装置相比较)。可以省去用于限定加热装置内的空气流动路径的空气管或其他部件和鼓风装置。热量排放体可以例如被布置在用于热传送介质的入口室中或者布置在热传送介质的加热部上游的任何其他流动区域中。热量排放体的适当的尺寸和适当的几何形状结合热传送介质的适当流速使得能够保证从电子控制单元经由热量排放体向热传送介质的充分热传递。因此可以防止流经热量排放体的热传送介质(例如，水)沸腾。由于热传送介质在热量排放体处的沸腾可能导致在热量排放体处形成气泡，所述气泡可能具有绝热效应并且因此妨碍废热从电子控制单元的流动，因此热传送介质在热量排放体处的沸腾会是不期望的。然而，热量排放体可以被按一定尺寸和形状形成以使得即使当热传送介质沸腾时，在热量排放体处产生的气泡被热传送介质的流动冲走。因此，具有光滑的(不粗糙)和流线型表面的热量排放体可能是有利的。尽管在热传送介质产生湍流方面，粗糙的、不平坦的并且非流线型的表面(有利于热量从热量排放体流入热传送介质中)可能是有利的，在热传送介质沸腾的情况下，湍流可能具有出现的泡沫仍然堵塞在热量排放体处的后果。然而，如果沸腾的风险是可忽略的，激发湍流的热量排放体的表面设计可能是更加有利的选择。

[0008] 加热装置可以配备有用于将热量从加热部下游的热传送介质传递到空气的空气热交换器。空气热交换器可以例如包括用于热传送介质的若干通道和用于空气的若干通道，所述通道被布置为彼此靠近以保证到空气的良好热传递。

[0009] 加热装置可以包括壁，所述壁至少部分地限定在预热部中的流动路径，其中热量排放体从所述壁延伸到所述预热部中。热量排放体可以例如被形成为所述壁的凸出部或者形成为销、螺栓或翼片。

[0010] 热量排放体可以延伸到所述壁的相反部。因此，在预热部中可利用的体积能够以最佳的方式使用。热量排放体例如可以具有附接到所述壁的相反侧的两个端部。这个布置可以是特别坚固的。如果加热装置包括若干电子控制单元，电子控制单元可以被定位在所述两个端部的每个端部处。加热装置例如可以包括若干电子控制单元例如，并联的若干加热电阻，所述加热电阻的每个具有与其相关联的电子控制单元(例如，电力开关)。

[0011] 所述热量排放体和所述壁可以被形成为单个件。这可以使得加热装置容易生产和保证坚固性。热量排放体和壁能够例如由具有高导热性的适当的材料制成为成形部。可替代地，热量排放体可以例如由具有高导热性的材料(例如，金属，例如铝)制成并且壁可以由作为良好的热绝缘体的材料(例如，塑料材料或陶瓷)制成。因此，在经由加热装置的壁到紧邻的部件或另一环境(例如，空气)的热量损失能够被使得最小的同时，在热量排放体与热传送介质之间的热交换能够被优化。

[0012] 如上所述，加热装置可以包括第二电子控制单元，其中，热量排放体从电子控制单元延伸到第二电子控制单元。在这种情况下，电子控制单元和第二电子控制单元共用共同的热量排放体。因此可以降低生产成本并且可以增强坚固性。

[0013] 加热装置还可以包括用于从加热单元向在加热部中的热传送介质传递热量的热传递单元。可替代地，电加热单元可以直接接触热传送介质。

[0014] 热传递单元和热量排放体可以被形成为单个件。例如，包括热传递单元和热量排放体的部件可以包括第一组翼片和第二组翼片，其中每组包括至少一个翼片并且第一组被布置在流动路径的加热部中而第二组被布置在流动路径的预热部中。换言之，第一组翼片可以被看作热传递单元或热传递单元的一部分，而第二组翼片可以被看作热量排放体或者热量排放体的一部分。紧邻的翼片例如可以限定用于热传送介质的通道，所述通道是流动路径的一部分。

[0015] 加热装置还可以包括连接件，所述连接件使得热传递单元与热量排放体彼此连接并且所述连接件沿着非直线延伸以使得热传递单元与热量排放体之间的热阻相对于最短的直线增大。因此，热量从电加热单元到电子控制单元的流动能够被使得最小化。连接件例如可以被形成为波纹或者被形成为几个接连的波纹。

[0016] 所提到的非直线例如可以具有以下字母中一个的形状：L、U、V、S、Z、N、M和W。

[0017] 热量排放体可以被定向以使得所述热量排放体对于热传送介质的流动阻力最小。因此能够最小化用于使热传送介质沿着流动路径移动所需要的动力(也就是，用于产生热传送介质的流动所需要的动力)。例如，如果泵被用于驱动热传送介质，可以使用具有相对低的功率和因此具有相对低能耗的泵。而且，因此能够减少在热量排放体处形成气泡的危险。

[0018] 如所述，电子控制单元例如可以是功率晶体管或包括作为主要元件的功率晶体管。功率晶体管可以与加热单元的加热电阻串联地电连接。电力开关例如可以是具有绝缘栅电极(IGPT)的双极晶体管。

[0019] 电绝缘的绝缘层可以被直接涂在热量排放体上并且导电的传导层可以被直接涂在绝缘层上。导电的传导层有利于废热从电子控制单元的迅速消散。而且，所述传导层能够被用于电子控制单元的电接触(例如，用于施加控制电压)。绝缘层使得传导层与热量排放体电绝缘。这允许使得热量排放体完全地或部分地由导电材料(例如，金属)制成。

[0020] 电子控制单元可以经由例如至少一个焊球、粘合元件、石墨材料、传导箔、夹紧连接或螺纹连接被附接到所述导电的传导层。上述的附接元件可以鉴于热张紧而足够地柔性。

[0021] 冷却加热装置的电子控制单元的方法在以下方面区别于现有技术，即：电子控制单元设有热量排放体，所述热量排放体被放置在加热部上游的流动路径预热部上，其中热传送介质流经所述热量排放体或围绕所述热量排放体流动，其中来自电子控制单元的废热被排放到热传送介质。

附图说明

[0022] 图1示出加热装置的示意性立体图。

[0023] 图2示出图1的加热装置的示意性俯视图。

[0024] 图3示出电子控制单元、热量排放体和热传递单元的示意性侧视图。

[0025] 图4示出根据第一变体的加热装置的示意性截面图。

[0026] 图5示出根据第二变体的加热装置的示意性截面图。

[0027] 图6示出具有热量排放体的电子控制单元的示意性截面图。

[0028] 图7示出流程图。

具体实施方式

[0029] 在下面对附图的描述中，相同的附图标记指的是相同或类似的部件。

[0030] 图1和图2示出用于车辆(例如，用于机动车辆或移动房屋或工作容器)的电加热装置10。装置10被表示为在其顶侧开放以显示装置10的内部区域。加热装置10包括壳体12。用于液体热传送介质(例如，水)的流动路径被限定在壳体12内侧。在所示的示例中，流动路径包括以如下顺序的流动部：入口14、入口室16、由热传递单元18限定的若干通道20、出口室22和出口24。通道20被并行地彼此连接并且将入口室16连接到出口室22。

[0031] 至少一个加热单元34(图4和图5所示)被集成到热传递单元18中或者布置在热传递单元18上或热传递单元18之下并且机械地连接到热传递单元18以使得加热单元34与热传递单元18之间的热阻尽可能低。在所示的示例中，加热装置10包括多个电加热单元34(图4和图5所示)和用来控制加热单元34中的每个的单独加热功率的对应数量的电子控制单元
26(也在图4和图5中示意性示出)。每个加热单元34因此具有与所述加热单元34相关联的电子控制单元26。加热单元34可以包括一个或更多加热元件。加热单元34和电子控制单元26可以例如是加热电阻器和与加热电阻器串联连接的功率晶体管。可替代地，一组的若干加热单元34可以具有与该组相关联的共同的电子控制单元26。例如，实施例可以被设想，其中所述组包括加热装置10的所有加热单元34并且这个组被与电力开关26串联连接以控制加热单元34的组合功率。如果提供若干电子控制单元26，所述电子控制单元26可以实施为单个部件。

[0032] 电子控制单元26中的每个被机械地连接到热量排放体28。热量排放体28用来从电子控制单元26向入口室16中的热传送介质排放废热。因此入口室16也被称为流动路径的预热部。每个电子控制单元26可以使一个或多个热量排放体28与其相关联。可替代地，热量排放体28可以被看作单个的更大的热量排放体。在所示的示例中，热量排放体28从电子控制单元26延伸到入口室16，并且在加热装置10操作期间，热传送介质围绕所述热量排放体流动从而来自热量排放体的热量被传递到热传送介质。热量排放体28和因此电子控制单元26从而被冷却，然而热传送介质被预热。被预热的热传送介质进一步从入口室16流过通道20。从而所述被预热的热传送介质流经限定通道20的热传递单元18并且吸收由加热单元34产生的热量。因此，通道20中的每个或者通道20总体因此也被称为流动路径的加热部。因此被加热的热传送介质然后进一步流过出口室22并且通过出口24离开加热装置10。

[0033] 热量排放体28中的每个可以例如被设计为具有例如矩形或者V形横截面的翼片以将热量从电子控制单元(例如，从功率半导体)排放到热传送介质。因此，热量排放体28还能够用来引导热传送介质。可替代地，热量排放体28可以例如是用于在各自的电子控制单元之下(例如，在相对小的芯片区域之下，在各自的点或地点处)吸收热量的圆锥体、螺栓或销。这样的圆锥体、螺栓或销还能够增强热传送介质的湍流并且因此增强热量的排放。因此能够避免电子控制单元的过热并且来自电子控制单元的废热被用来加热所述热传送介质。

[0034] 图3示意性地示出热传递单元18、电子控制单元26和热量排放体28的示例的侧视图。在所示出的示例中，热传递单元18和热量排放体28每个包括由若干翼片构成的组，所述若干翼片还已知为冷却翼片并且所述若干翼片用于分别向在流动路径的加热部和预热部上的热传送介质的快速热传递。电子控制单元26(例如，半导体芯片)可以被附接到热量排放体28。在所示出的示例中，热传递单元18和热量排放体28被形成为单个件。所述热传递单元18和热量排放体28经由沿着非直线延伸的连接件30彼此连接。因此，实现了在一方面简单制造和很好的坚固性与在另一方面在热传递单元18与热量排放体28之间良好的绝热之间的折中。至少如果与热传递单元18热接触的加热单元34(见图4和图5)要达到高于电子控制单元26的操作温度，期望热量排放体28尽可能好地与热传递单元18绝热。在该示例中，连接件30是基本上U形的。当与具有相同的端点距离的假想的直线连接件相比较时，连接件30具有更长的长度并且因此具有更大的热阻，从而减少电子控制单元的加热。热传递单元18和热量排放体28因此被彼此热分离到一定程度。换言之，给定在热传递单元18与热量排放体28之间的应该尽可能小的相同的几何距离，与等同地可设想的直线连接件相比，非直线连接件30导致从加热单元34到电子控制单元26的更低的热流动。这导致紧凑的构造，其中热传递单元18(加热热传递单元)和热量排放体28(半导体热传递单元)可以实施为单个部件而没有由加热单元34导致的电子控制单元26的过多加热。

[0035] 图4示出加热装置10的实施例，其中热传递单元18和热量排放体28经由直线连接件30彼此连接。

[0036] 图5示意性示出的实施例与图4的实施例的不同仅仅在于连接件30是非直线的(例如，S形)，从而在给定的加热装置10相同的总体积的情况下，实现热传递单元18与热量排放体28之间更好的绝热并且因此实现加热单元34与电子控制单元26之间更好的绝热。

[0037] 为了实现废热从电子控制单元26经由热量排放体28的迅速排放，提出使得电子控制单元26置于与热量排放体28直接接触。图6示意性地示出使得电子控制单元26连接到热量排放体28的可能方式。电绝缘的绝缘层26被直接涂覆或喷涂在热量排放体28上。绝缘层36可以例如使用热喷涂技术直接涂在热量排放体28上。绝缘层的材料可以是例如填充的塑料材料、玻璃或陶瓷(例如，氧化铝)。电绝缘的绝缘层36应是良好的导热体。

[0038] 导电的传导层被直接涂在绝缘层36上。传导层38能够导致散热并且因此改善电子控制单元26的冷却。传导层可以例如由相变材料构成。传导层的材料可以例如是铜。传导层38能够使用热喷涂或另一涂覆技术涂到绝缘层36上。此外，传导层38能够被用于在电子控制单元26处施加电源电压或控制电压。在所示出的示例中，例如被提供为芯片的电子控制单元经由若干(例如三个)焊球焊接到传导层38上。可替代地，电子控制单元26可以例如经由导热粘合系统、石墨材料、传导箔、夹紧或螺纹连接或者这些方法的组合附接。每个层36和28可以具有例如大约100微米的厚度。

[0039] 因此能够避免昂贵的复合涂覆系统和定位技术。可以减少或优化材料和成本。简洁的构造还可以具有特别小的体积。所提出的构造特别适合于自动化制造过程。

[0040] 图7中的流程图示出加热装置10的操作模式，其中电子控制单元26被冷却。在方框S1中，加热装置10被接通。例如，泵(未示出)可以被接通以使得热传送介质沿着流动路径移动。同时或者在此之前或在此之后，电子控制单元26可以被致动以驱动电流通过加热单元34从而产生热量。

[0041] 因此电加热单元34向在流动路径的加热部中的热传送介质排放加热热量(方框S2)。在此之前，流经并且围绕热量排放体28流动的热传送介质经由热量排放体28从电子控制单元26吸收废热，从而电子控制单元26被冷却并且热传送介质被预热。

[0042] 在方框S3中，加热单元10被断开。

[0043] 在前面的描述中、附图中以及权利要求中所公开的本发明的特征可以单独地相关以及以任意组合相关以实施本发明。

[0044] “控制”指的是以控制的方式改变状态，例如，以控制的方式改变物理量的值或以控制的方式影响装置的部件。“调节”指的是利用反馈来控制，也就是，根据状态本身以控制的方式改变状态。因此，“调节”被认为是特别种类的控制。在本发明中提到的任何控制操作可以是利用反馈的控制操作，也就是，调节操作。特别地，电子控制单元26可以是调节单元。

[0045] 附图标记列表

[0046] 10  装置

[0047] 12  壳体

[0048] 14  入口

[0049] 16  入口室

[0050] 20  通道

[0051] 22  出口室

[0052] 24  出口

[0053] 26  电子控制单元

[0054] 28  热量排放体

[0055] 30  连接件

[0056] 34  加热单元

[0057] 36  绝缘层

[0058] 38  传导层

[0059] 40  焊球