Calefacción eléctrica en particular para un vehículo híbrido o eléctrico.

Calefacción eléctrica en particular para un vehículo híbrido o eléctrico,

con

- un módulo de calefacción (10) que está dotado de

- un sustrato cerámico (14) termoconductor, eléctricamente aislante que presenta una zona de calefacción (16) y una zona de control (18) que están distanciadas una de la otra,

- un elemento de calefacción por resistencia (22) eléctrico dispuesto en el sustrato cerámico (14) en su zona de calefacción (16), que está configurado como conductor de calefacción por resistencia (24) aplicado sobre el sustrato cerámico (14),

- un transistor (26) para el control de la corriente mediante el conductor de calefacción por resistencia (24), estando dispuestos el transistor (26) y otros elementos constructivos (28) eléctricos opcionalmente presentes así como circuitos impresos (30) en el sustrato cerámico (14) en la zona de control (18), y

- un primer cuerpo de refrigeración (42) que está acoplado térmicamente con la zona de calefacción (16) del sustrato cerámico (14).

Calefacción eléctrica en particular para un vehículo híbrido o eléctrico.

La invención se refiere a una calefacción eléctrica que es adecuada en particular para su uso en un vehículo híbrido o eléctrico.

Se conocen calefacciones eléctricas con elementos PTC. Debido a las redes de a bordo de 12 V habituales en caso de vehículos convencionales fluyen corrientes considerables a través de los elementos PTC que se controlan mediante transistores de potencia. Estos transistores generan potencias perdidas relativamente altas, por lo que deben enfriarse. Esto aumenta además el gasto constructivo.

Por el documento FR-A-2 855 933 se conoce disponer los transistores de control de una calefacción eléctrica de vehículo en proximidad inmediata de un elemento de calefacción. En el documento EP A-1 657 963 se describe colocar los transistores de control junto con el elemento de calefacción de una calefacción eléctrica de vehículo en una placa de circuitos impresos común.

Mediante las generaciones de vehículos pendientes en este momento de vehículos híbridos y eléctricos y el aumento asociado a ello de la tensión de a bordo en unos 100 V, se reduce la densidad de corriente para calefacciones eléctricas y sus elementos de calefacción considerablemente. Dado que, ahora, en caso de las calefacciones eléctricas se trata de calefacciones completas, se requiere una potencia calorífica eléctrica elevada en al menos el triple con respecto a las calefacciones adicionales PTC previas.

Mediante el uso de redes de a bordo de alto voltaje de aproximadamente 400 V en vehículos es posible, por tanto, reducir las intensidades de corriente también para la obtención de potencias caloríficas más altas que en caso de calefactores eléctricos para redes de a bordo de bajo voltaje (por ejemplo 24 V) , con lo que puede reducirse también la sección transversal de los conductos de alimentación. Sin embargo se requieren, para aplicaciones de alto voltaje, elementos de calefacción herméticamente obturados con alta resistencia eléctrica a descargas disruptivas que además deberían ser seguros frente al contacto y resistentes a la humedad.

Es objetivo de la invención crear una calefacción eléctrica para en particular vehículos híbridos o eléctricos que satisfagan los requerimientos mencionados anteriormente.

Para la solución de este objetivo se propone con la invención una calefacción eléctrica en particular para un vehículo híbrido o eléctrico que está dotado de las características de la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes se refieren a configuraciones individuales de la invención.

Mediante la reducción de la densidad de corriente máxima como consecuencia del uso de redes de a bordo de alto voltaje es posible de acuerdo con la invención usar como alternativa a los elementos de calefacción PTC una banda calefactora de gran superficie cerámica con, en particular, conductor de calefacción por resistencia impreso. Es ventajoso en este caso la generación de calor extensa homogénea, mientras que en caso de las calefacciones PTC conocidas se realizan respectivamente alimentaciones de calor puntuales (hot spot) .

De acuerdo con la invención se usa para la calefacción eléctrica un sustrato cerámico termoconductor, eléctricamente conductor que presenta una zona de calefacción y una zona de control que están dispuestas en un lado común o en lados distintos del sustrato cerámico y están distanciadas una de otra en extensión superficial del sustrato cerámico. Dentro de la zona de calefacción del sustrato cerámico se encuentra un elemento de calefacción por resistencia que está configurado como conductor de calefacción por resistencia aplicado sobre el sustrato cerámico en particular como impresión de pasta. En la zona de control del sustrato cerámico se encuentra un transistor para el control de la corriente mediante el conductor de calefacción por resistencia, pudiendo estar dispuestos además del transistor opcionalmente también aún otros elementos constructivos eléctricos así como circuitos impresos dentro de la zona de control. La zona de calefacción del sustrato cerámico está acoplada térmicamente con un (primer) cuerpo de refrigeración.

De acuerdo con el concepto de acuerdo con la invención, el sustrato cerámico es placa de circuitos impresos y calefacción en uno, consiguiéndose mediante la disposición de la zona de calefacción y de la zona de control así como mediante el cuerpo de refrigeración una conductividad térmica total del módulo de calefacción que es de modo que no se sobrecalienten el transistor ni eventualmente los otros elementos constructivos eléctricos opcionalmente presentes. La evacuación del calor generado dentro de la zona de calefacción a través del primer cuerpo de refrigeración y desde allí al entorno está dimensionada, por tanto, de modo que el transistor y otros elementos constructivos opcionalmente presentes no se vean alterados térmicamente en su función.

De manera conveniente, el (primer) cuerpo de refrigeración se extiende por todo el sustrato cerámico, con cuyo un lado está en contacto el (primer) cuerpo de refrigeración de manera térmicamente acoplada. Ventajosamente, en el lado opuesto del sustrato cerámico se encuentra el elemento de calefacción por resistencia y la zona de control. Aquella parte de la potencia calorífica generada dentro de la zona de calefacción que accede mediante el sustrato cerámico a la zona de control se transporta, por tanto, desde ésta hacia el primer cuerpo de refrigeración y se emite por éste al entorno.

En un perfeccionamiento ventajoso de la invención está previsto que el conductor de calefacción por resistencia esté cubierto por un elemento de cubierta cerámico que se extiende por la zona de calefacción del sustrato cerámico, que está unido con el sustrato cerámico para la formación de una estructura compuesta, y que esté previsto un segundo cuerpo de refrigeración que está en contacto de manera térmicamente conductora con el elemento de cubierta cerámico y se extiende por la zona de calefacción, encontrándose la estructura compuesta del sustrato cerámico y del elemento de cubierta cerámico entre los dos cuerpos de refrigeración. En este perfeccionamiento de la invención, el conductor de calefacción por resistencia y con ello la zona de calefacción está cubierto por un elemento de cubierta cerámico, lo que hace ahora posible disponer en el elemento de cubierta cerámico un segundo cuerpo de refrigeración que está térmicamente acoplado con el elemento de cubierta cerámico. El elemento de calefacción cerámico (sustrato cerámico, conductor de calefacción por resistencia y elemento de cubierta cerámico) está rodeado por tanto en ambos lados por cuerpos de refrigeración. Para la seguridad de funcionamiento es ventajoso cuando la estructura compuesta del sustrato cerámico y del elemento de cubierta cerámico esté cerrada de manera hermética hacia el exterior para la protección frente a la introducción de gases y/o fluidos, lo que además conlleva una alta resistencia eléctrica a descargas disruptivas. Con ello, el módulo de calefacción es seguro frente al contacto y resistente a la humedad.

En este sentido es ventajoso cuando por la zona de calefacción del sustrato cerámico se encuentra una capa de pasivación que cubre el conductor de calefacción por resistencia. La capa de pasivación está realizada ventajosamente como capa de pasivación de vidrio.

Como consecuencia de la cubrición en ambos lados del elemento de calefacción por resistencia (conductor de calefacción por resistencia) por elementos cerámicos (sustrato cerámico y elemento de cubierta cerámico) se produce un elemento de calefacción de fácil montaje y seguro frente al contacto que está protegido también frente a deterioros. Como consecuencia de las capas exteriores cerámicas en ambos lados puede disponerse el elemento de calefacción sin problemas entre dos cuerpos de refrigeración, protegiendo los elementos cerámicos el conductor de calefacción por resistencia eléctrico frente a deterioros.

De manera conveniente se realiza el conductor de calefacción por resistencia como impresión de pasta por resistencia. Este procedimiento permite una fabricación sencilla del conductor de calefacción por resistencia.

La unión del elemento de cubierta cerámico con la capa de pasivación (de vidrio) se realiza en el perfeccionamiento ventajoso de la invención mediante una capa de soldadura de vidrio, a través de la cual el elemento de cubierta cerámico está “fundido” con la capa de pasivación.

De manera conveniente, la calefacción eléctrica de acuerdo con la invención presenta un regulador... [Seguir leyendo]

1. Calefacción eléctrica en particular para un vehículo híbrido o eléctrico, con

- un módulo de calefacción (10) que está dotado de

- un sustrato cerámico (14) termoconductor, eléctricamente aislante que presenta una zona de calefacción

(16) y una zona de control (18) que están distanciadas una de la otra,

- un elemento de calefacción por resistencia (22) eléctrico dispuesto en el sustrato cerámico (14) en su zona de calefacción (16) , que está configurado como conductor de calefacción por resistencia (24) aplicado sobre el sustrato cerámico (14) ,

- un transistor (26) para el control de la corriente mediante el conductor de calefacción por resistencia (24) , estando dispuestos el transistor (26) y otros elementos constructivos (28) eléctricos opcionalmente presentes así como circuitos impresos (30) en el sustrato cerámico (14) en la zona de control (18) , y

- un primer cuerpo de refrigeración (42) que está acoplado térmicamente con la zona de calefacción (16) del sustrato cerámico (14) .

2. Calefacción eléctrica según la reivindicación 1, caracterizada por que la zona de calefacción (16) y la zona de control (18) están dispuestas en un lado común (20) del sustrato cerámico (14) o en lados distintos (20, 40) del sustrato cerámico (14) .

3. Calefacción eléctrica según la reivindicación 1, caracterizada por que la zona de calefacción (16) y la zona de control (18) están configuradas en un primer lado común (20) del sustrato cerámico (14) y por que el primer cuerpo de refrigeración (42) está en contacto de manera térmicamente conductora con el segundo lado (40) del sustrato cerámico (14) opuesto al primer lado (20) del sustrato cerámico (14) y se extiende por toda el área del segundo lado

(40) del sustrato cerámico (14) opuesta a las zonas de calefacción y de control (16, 18) .

4. Calefacción eléctrica según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que el conductor de calefacción por resistencia (24) está cubierto por un elemento de cubierta cerámico (36) que se extiende por la zona de calefacción (16) del sustrato cerámico (14) , que está unido con el sustrato cerámico (14) para la formación de una estructura compuesta, y por que está previsto un segundo cuerpo de refrigeración (48) que está en contacto de manera térmicamente conductora con el elemento de cubierta cerámico (36) y se extiende por la zona de calefacción (16) , encontrándose la estructura compuesta del sustrato cerámico (14) y del elemento de cubierta cerámico (36) entre los dos cuerpos de refrigeración (42, 48) .

5. Calefacción eléctrica según la reivindicación 4, caracterizada por que en la zona de calefacción (16) del sustrato cerámico (14) se encuentra una capa de pasivación (34) que cubre el conductor de calefacción por resistencia (24) .

6. Calefacción eléctrica según la reivindicación 5, caracterizada por que entre la capa de pasivación (34) y el elemento de cubierta cerámico (36) está dispuesta una capa de soldadura de vidrio (38) para la unión hermética.

7. Calefacción eléctrica según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por un regulador de la temperatura

(56) que está dispuesto dentro de la zona de control (18) y cuya señal de salida puede alimentarse a una unidad de evaluación y control (62) para la realización de una monitorización de la temperatura para fines de protección frente al sobrecalentamiento.

8. Calefacción eléctrica según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por varios módulos de calefacción

(10) con respectivamente dos cuerpos de refrigeración (42, 48) que presentan aletas de refrigeración (46, 52) que sobresalen en lados opuestos de un módulo de calefacción (10) y un bastidor de sujeción (60) en el que se sujetan los módulos de calefacción (10) dispuestos uno junto a otro, encajando una en otra las aletas de refrigeración (46, 52) de los cuerpos de refrigeración (42, 48) dispuestos de manera dirigida uno a otro de dos módulos de calefacción

(10) adyacentes.

9. Calefacción eléctrica según la reivindicación 8, caracterizada por que las aletas de refrigeración (46, 52) de los cuerpos de refrigeración (42, 48) que se encuentran en el exterior de los dos módulos de calefacción (10) distanciados entre sí al máximo están cubiertos parcialmente por secciones de cubierta (66) del bastidor de sujeción (60) .