[0001] 本发明涉及一种加热模块，其具有至少一个冷导体元件和至少一个电加热元件，所述电加热元件不同于冷导体元件。本发明还涉及一种加热装置，其具有这种加热模块和用于运行加热装置的控制装置。

[0002] 冷导体元件，也简称为正温度系数元件或简称为PTC元件，正越来越多地用于加热模块中以加热流体或物体。这尤其是由冷导体元件的电阻决定，该电阻随着温度的升高而增加，尤其是在持续施加电压时，这导致冷导体元件达到最高温度。

[0003] 这种冷导体元件通常在运行期间首先经过一个负温度系数范围，此后也简称为NTC范围。在NTC范围内，冷导体元件的电阻首先随着温度升高而减小，直到在冷导体元件的初始温度处达到冷导体元件的最小电阻。从该最小电阻开始开始，电阻随着升高温度而升高，使得冷导体元件在PTC范围内运行。因此，首先在NTC范围内，特别是在恒定施加电压的情况下，通过冷导体元件的电流随温度升高而增加，随后又落入PTC范围内。在NTC区域与PTC区域之间的过渡也称为冷导体元件的切换点。在过渡期间和在切换点，电流和电压出现峰值，特别是由给定的电容和电感决定。这些峰值能够导致加热模块和/或在与加热模块电连接的其它部件损坏。结果，不仅加热模块而且所述的部件两者都被设计为使得它们承受所述电流峰值和电压峰值。这导致在加热模块和/或所述部件的生产中增加的工作量和增加的花费。

[0004] 这种加热模块尤其用于机动车辆中。加热模块能够用机动车辆的供电电压来运行，该供电电压例如在12V的区域内。在越来越多的机动车辆中存在电压，尤其是至少部分电驱动的机动车辆中，也例如在混合动力车辆和/或电动机动车辆中，存在的电压高出许多倍。这些电压通常高于100V，尤其是几个100V，例如在300V与1000V之间，尤其是在400V与800V之间。此处的目的是使加热模块(尤其是冷导体元件)以更高的电压运行，以便例如增加加热模块的功率和/或简化加热模块在机动车中的集成。

[0005] 然而，增加的电压也导致，使得增强上述的电流峰值和/或电压峰值以增强的方式发生并且能够导致加热模块或与加热模块电连接的部件的增强的损坏。因此，用以避免损坏而设计的加热模块和所述的部件是更加复杂和昂贵的。

[0006] 通常将这种加热模块设计为提供预先确定的最大加热功率。最大加热容量通常这样选择，使得加热模块即使在最终条件下也能提供足够的热量或相应的热传导。这些最大需求导致加热模块的冷导体元件的相应设计，进而导致前述电流峰值和/或电压峰值的增加。这也导致加热模块以及与加热模块电连接的部件的制造复杂且昂贵。

[0007] 在加热模块运行时，出现的电流峰值和电压峰值也会导致花费的增加。

[0008] 为了减小这样的电流峰值，在DE 10 2017 218 809 A 1中提出在加热装置中提供多个并联的加热级，其中在各个加热级中，冷导体元件和电感加热元件是串联的。电感加热元件减少了与电感加热元件串联的冷导体元件的电容性涌入电流，从而减少了电容所需的电流峰值。

[0009] 然而，在现有技术中公知的加热装置的情况下，尤其是随着增高的运行电压出现了电流峰值，这使得加热装置的制造和运行变得昂贵且复杂。

[0010] 因此，本发明所完成的任务是，给出上述类型的加热模块以及具有这种加热模块的加热器的改进的实施方式或至少另一种实施方式，特别是其特征表现为，通过简化和/或经济的制造和/或通过简化的运行。

[0011] 根据本发明，该目的通过独立权利要求的主题来实现。有利的实施方式是从属权利要求的主题。

[0067] 图1示出了冷导体元件2的特性曲线1，例如如图2至图14所示。冷导体元件2，也简称为正温度系数元件2或PTC元件2，具有根据图1与温度有关的电阻。因此，在图1中，将温度绘制在横坐标轴3上，而将电阻以对数坐标系绘制在纵坐标轴4上。因此，冷导体元件2的电阻首先随着温度升高而减小，直到在初始温度5冷导体元件2达到最小电阻6为止。直到冷导体2的初始温度5为止的温度范围被称为负温度系数范围7，以下也简称为NTC范围7。在高于初始温度5的温度下，电阻急剧上升至标称温度8为止，在该温度下冷导体元件2具有标称电阻9。在初始温度5与标称温度8之间的电阻更急剧地增加之后，标称温度8和端温度10之间的电阻较缓和地增加，冷导体元件2在端温度10处具有端电阻11。电阻的特性从端温度10开始改变，其中，端温度10或端电阻11形成特性曲线1的转折点。初始温度5以上的范围称为正温度系数范围12，以下也简称为PTC范围12。在初始温度5与端温度10之间的温度范围被认为是冷导体元件2的工作范围13。初始电阻6或初始温度5被认为是切换点。这意味着，电阻下降到切换点或初始温度5为止，或者，如果将冷导体元件2连接到电压源，则通过冷导体元件2的电流会增加，其中，冷导体元件2的电容和电感在电流和电压中的峰值出现在切换点或在初始温度5或初始电阻6时。

[0068] 如图2至图7所示，根据本发明的加热模块14防止或减小了所述电流峰值和/或电压峰值。为此目的，加热模块14除了具有冷导体元件2之外，还具有与冷导体元件2不同的电加热元件15。因此，加热元件15特别是不具有冷导体元件2的特征曲线，如图1中实施例所示。加热元件15特别是没有冷导体元件2。冷导体元件2和加热元件15在此为并联电连接，或彼此连接以使得它们能够并联电连接。

[0069] 冷导体元件2和加热元件15以热传递的方式彼此连接，以此方式，使得冷导体元件2的温度实质上对应于加热元件15的温度。在所示的实施例中，冷导体元件2与加热元件15的热传递连接是通过与冷导体元件2和加热元件15分开的至少一个传热体16进行。在所示的实施例中，提供了两个这样的传热体16，加热元件15和冷导体元件2设置在所述两个传热体之间。所示的传热体16分别以板状形式或设计为板17。此外，在所示的实施例中，传热体
16是电绝缘的。特别地，传热体16形成为陶瓷18，例如形成为陶瓷板19。因此，传热体16以传热的方式将冷导体元件2与加热元件15连接，并且冷导体元件2和加热元件15与外部电绝缘。在此所示的实施例中，冷导体元件2和加热元件15在一个方向20(在下文中也称为相邻方向20)上彼此相邻地设置，其中，各个传热体16横向于相邻方向20与冷导体元件2和加热元件15相邻。在此所示的实施例中，各个传热体16平面地抵靠在冷导体元件2和加热元件15上。因此，在所示的实施例中，加热模块14以杆30(在下文中也称为加热杆30)的方式形成。

[0070] 在所示的实施例中，各个冷导体元件2为长方体形状并且以块的方式形成。特别地，各个冷导体元件2被形成为所谓的冷导体块21，在下文中也称为PTC块21。

[0071] 在图2和图3的实施例中，各个加热元件15仅示例性地形成为腹板状的电阻加热器23。然而，加热元件15也能够被形成为厚膜加热器22，如图6至图14的实施例所示。

[0072] 所示实施例的加热模块14仅以示例的方式分别提供了每个加热模块14两个或更多个冷导体元件2。

[0073] 图2和图3示出了加热模块14的第一实施例，其中，图2示出了沿相邻方向20通过加热模块14的剖面图，并且图3示出了在图2中横向于图2的剖面平面延伸的平面的剖面图，使得仅能看见传热体16之一。因此，图2和图3的加热模块14具有四个冷导体元件2，它们在相邻方向20上彼此相邻地设置。有利地，冷导体元件2被相同地形成。在相邻方向20上，冷导体元件2之后是加热元件15。如图2和图3能够看出，相邻方向20平行于加热模块14的纵向方向25并且横向于加热模块14的横向方向24。如图3能够看出，加热模块14还具有四个电连接端
26，以下称为第一电连接端26'和第二电连接端26”，它们经由至少一条电导线29连接到冷导体元件2，使得冷导体元件2经由至少一条导线29串联连接。其他两个电连接端26，以下称为第三电连接端26”'和第四电连接端26””，经由用于给加热元件15供电的两条电导线29电连接到加热元件15。一方面冷导体元件2和另一方面加热元件15能够经由电连接端26并联电连接。

[0074] 图4示出了加热模块14的等效电路图，其中，在等效电路图27各冷导体元件2被组合以形成公共的冷导体元件2。图4示出了冷导体元件2和加热元件15并联电连接。在图4中，还考虑了电导线29的等效电阻28。

[0075] 加热模块14用在加热装置31中，所述加热装置的等效电路图27在图5中示出，并且在图12至图14中通过实施例示出。

[0076] 在此，图12示出了高度简化的加热装置31的剖面图。如特别从图12中能够看出，加热装置31能够用于加热流体。为此目的，箭头所示的流体的流动路径32穿过加热装置31。加热装置31还具有至少一个加热模块14，所述加热模块以热传递的方式与流动路径32连接，以便加热模块14在运行期间加热流体。在图12的实施例中，提供了多个这样的加热模块14，所述这些加热模块彼此间隔开地设置。各个加热模块14设置在流动路径32中，以这样的方式，使得流动路径32在连续的加热模块14之间延伸。在相邻的加热模块14之间，如对于图12中两个加热模块14的实施例所示，可以设置特别是肋结构34或网格38的结构33，流体能够流过所述结构，即流动路径32引导通过所述这些结构，并且通过这些结构增加了总的传热面积。从图12也能够看出，各个加热装置31能够具有用于将流体引入加热装置31的入口35和用于从加热装置31排出流体的出口36。各个加热装置31还可以具有外壳37，加热模块14设置在所述外壳中，并且流动路径32穿过所述外壳。在图12的实施例中，为了更好地说明，仅示出了单个冷导体元件2和加热元件15。在冷导体元件2与加热元件15之间的直接接触也旨在象征加热元件15与相应的冷导体元件2以热传递的方式的热连接。由此原因，在图12中未示出传热体16。

[0077] 如图5中能够看出，加热装置31除了具有加热模块14(加热模块具有加热元件15和至少一个冷导体元件2，所述加热元件和冷导体元件根据相应的等效电路图27是并联电连接或能够并联电连接的)之外，还有切换装置39，通过所述切换装置，加热元件15和冷导体元件2的供电能够分别可选地断开或产生。特别地，切换装置39被构造为使得能够分别改变供电。在图5的等效电路图27中，切换装置39通过第一开关40和第二开关41实现。例如，在根据图2和图3的实施例的加热模块14中，第一开关40能够将第一电连接端26'连接到第二电连接端26”，以便为冷导体元件2供电，并且断开该连接以中断冷导体元件2的供电。与此类似，第二开关41能够将第三电连接端26”'与第四电连接端26””电连接，以便给加热元件15供电，以及断开该电连接，以便中断加热元件15的供电。加热装置31还具有测定装置42。利用测定装置42来测定至少一个数值，所述数值表征至少之一元件2、15(即，冷导体元件2和/或加热元件15中的至少一个)中的温度。为此，测定装置42尤其测定了元件2、15中的至少一个的温度和/或冷导体元件2中的至少一个的电阻和/或加热模块14的加热功率。加热装置31在此还具有控制装置43，如虚线所示的所述控制装置连接至测定装置42和切换装置39，特别是连接至各个开关40、41，并用于加热装置31的运行。切换装置39、测定装置42和控制装置43在此分别仅在图5中示出。

[0078] 在图6至图8中示出了加热模块14的另一实施例。在此，图6示出了沿着纵向方向25通过加热模块14的剖面图。图7和8示出了在图6中的虚线所示的剖面平面的剖面图，其中，图7示出了在一个传热体16，以下也称为第一传热体16'，的方向的剖面图，并且图8示出了在另一传热体16，此后也称为第二传热体16”，的方向上的剖面图。在该实施例中，加热模块14，所述加热模块也形成为加热杆30，具有五个冷导体元件2和十个加热元件15。加热元件
15分别是腹板状的并且被形成为电阻加热器23，其中，也能够想到厚膜加热器22的构造。冷导体元件2在纵向方向25上彼此间隔开地设置并且抵靠两个传热体16。在相邻的冷导体元件2之间，两个加热元件15分别与冷导体元件2间隔开并且横向于纵向方向25以及横向于横向方向24彼此相对地设置，其中，这些热导体元件15中的一个平面地抵靠在第一传热体16'上，而相对的加热元件15平面地抵靠在第二传热体16”上。在纵向方向25上的外部冷导体元件2之后分别连接有加热元件15，所述加热元件在纵向方向25上与外部冷导体元件2间隔开，其中，这些加热元件15中的一个平面地抵靠在第一传热体16'上，另一加热元件15平面地抵靠在第二传热体16”上。抵靠在第一传热体16'上的加热元件15在下面也被称为第一加热元件15'。抵靠在第二传热体16”上的加热元件15在下面也被称为第二加热元件15”。加热模块在此具有四个电连接端26。第一电连接端26'和第二电连接端26”安装在第一传热体
16'处，其中，第一电连接端26'用于抵靠第一传热体16’的加热元件15'和冷导体元件2的供电，例如冷导体元件2和所述加热元件15在电压源的第一极，尤其是负极，处的电连接。第二连接件端26”用于以电压源的另一第二极，例如正极，给第一加热元件15'供电。为此目的，第一电连接端26'经由电导线29电连接到冷导体元件2和第一加热元件15'。相反，第二电连接端26”经由电导线29专门地电连接到第一加热元件15'。第三电连接端26”'和第四电连接端26””安装在第二传热体16”处。第三电连接端26”'用于以电压源的第二极，例如正极，给冷导体元件2和第二加热元件15”供电。因此，第三电连接端26”'经由电导线29连接到冷导体元件2和第二加热元件15”。第四电连接端26””用于以电压源的第一极，例如负极，给第二加热元件15”供电。因此，第四电连接端26””经由电导线29专门地电连接到第二加热元件
15”。因此，图6至图8所示的加热模块14可以以多个可变的方式运行并且被供电。特别地，第一加热元件15'和第二加热元件15”可以分别且单独地被供电。另外，第一加热元件15'由此是串联连接并且与冷导体元件2并联连接。此外，第二加热元件15”是串联连接并且与冷导体元件2并联连接。此外，冷导体元件2以此方式串联连接。

[0079] 图9至图11示出了加热模块14的另一实施例。这里，图9示出了沿纵向方向25通过加热模块14的剖面图。图10和图11示出了沿图9中的虚线示出的平面通过加热模块14的剖面图，其中，图10示出在传热体16的的第一传热体的方向上的剖面图，在下文中也称为第一传热体16'，并且图11示出在另一传热体16的方向上的剖面图，在下文中也称为第二传热体16”。在该实施例中，相邻方向20平行于横向方向24延伸，特别是对应地平行于横向方向24。
图9至图11所示的加热模块14也形成为加热杆30，并且总共有六个冷导体元件2，所述冷导体元件形成为冷导体块21并且在纵向方向25上彼此相邻地设置并在横向方向24上设置在传热体16中间。图9至图11所示的加热模块14还具有两个加热元件15，每个加热元件与冷导体元件2间隔开。加热元件15在横向方向24上彼此相对地布置，以这样的方式，使得冷导体元件2在横向方向24上设置在加热元件15之间。各个加热元件15能够是腹板状的电阻加热器23或腹板状的厚膜加热器22。加热模块14还具有两个电连接端26，所述电连接端仅在图
10和11中示出。加热元件15经由电导线29彼此连接。另外，一个加热元件15连接到第一电连接端26'，另一个加热元件15经由电导线29连接到第二电连接端26”，从而将加热元件15串联连接。冷导体元件2经由电导线29彼此连接。另外，一个冷导体元件2经由电导线29连接到第一电连接端26'和第二电连接端26”，从而将冷导体元件2串联连接，并且将冷导体元件2和加热元件15并联连接。

[0080] 图13示出了在另一实施例中的加热装置31的剖面图。该实施例与图12所示的实施例的不同之处在于，加热装置31具有六个加热模块14。在彼此间隔开的相邻的加热模块14之间，设置有结构33，特别是肋结构34或格栅38。如图13中能够看出，加热模块14各个都被相同地设计，其中，图13中的加热模块14仅以实施例的方式分别对应于图9至图11的加热模块14。在该实施例中，流动路径32沿着纵向方向25在加热模块14之间延伸。

[0081] 加热装置31的另一实施例在图14中示出。该实施例与图13所示的实施例的不同之处在于，提供了不同的加热模块14。图14中所示的加热模块14与图13中所示的加热模块14的不同之处在于，各个加热模块14仅具有一个加热元件15，所述加热元件尤其能够是腹板状的，其在横向方向24上与冷导体元件2间隔开。

[0082] 各个加热模块14的冷导体元件2在运行期间提供加热功率，该加热功率在下面也称为冷导体加热功率。在运行中提供的至少一个加热元件15的加热功率也将在下面被称为加热元件加热功率，并且加热模块14的总加热功率在下面也被称为总加热功率。

[0083] 优选地，加热模块14被构造成使得冷导体元件2的最大可用冷导体加热功率对应于加热模块14的最大总加热功率的80％至95％之间。另外，至少一个加热元件15的最大加热功率至少与最大总加热功率和最大冷导体加热功率之间的差值一样大。

[0084] 借助于控制装置43、测定装置42和切换装置39，各个加热装置31能够如下运行。

[0085] 如果加热模块14之一的所述至少一个冷导体元件2中的至少一个的温度低于冷导体元件2的初始温度5，则加热装置31在开始运行中运行。在此，借助于测定装置42来实现冷导体元件2的温度的考虑。在开始运行中，将中断对加热模块14的至少一个冷导体元件2的供电，以使冷导体元件2不会有电流流过。相反，加热模块14的至少一个加热元件15被供电。在此，通过切换装置39进行相应元件2、15的供电或供电中断。因此，在开始运行中，至少一个加热元件15首先仅产生热量。通过至少一个加热元件15与至少一个冷导体元件2的热传递连接，冷导体元件2的温度也将升高。如果至少一个冷导体元件2的温度超过冷导体元件2的初始温度5，则也给冷导体元件2供电。因此，跳过了冷导体元件2的NTC区域7以及跳过了在NTC区域7和PTC区域12之间的过渡，在所述过渡中能够出现电流峰值和电压峰值。如果至少一个冷导体元件2被供电，则冷导体元件2也产生热量并且因此至少对加热模块14的总加热功率有贡献。当达到或超过冷导体元件2的初始温度5时，通过至少一个冷导体元件2的供电，加热模块14的运行转变为常规运行。

[0086] 在可能的常规运行中，在下文中也称为第一常规运行，在达到加热模块14的最大运行温度时，能够减小提供给至少一个加热元件15的电功率，并因此也能够将其中断。在此预先确定了加热模块14的最高运行温度。最高运行温度尤其能够对应于至少一个冷导体元件2的端温度10。

[0087] 替代地，可以在开始运行中用至少一个冷导体元件2的供电中断至少一个加热元件15的供电。这意味着，在随后的常规运行中，加热模块14的总加热功率仅由至少一个冷导体元件2提供。这在替代的常规运行的情况下发生，此后也称为第二常规运行。在第二常规运行中，所需的总加热功率仅通过至少一个冷导体元件2提供给加热模块14，也就是说，特别是在没有至少一个加热元件15的情况下提供给加热模块14。这一直进行，直到所需的总加热功率超过至少一个冷导体元件2的最大加热功率，从而超过最大冷导体加热功率为止。在这种情况下，至少一个加热元件15中的至少一个也被供电，以提供最大冷导体加热功率和所需总加热功率之间的差值。

[0088] 当然，当加热模块14的至少一个冷导体元件2中的至少一个的温度下降到冷导体元件2的初始温度5以下时，加热装置31能够在开始运行中运行。

[0089] 在各个加热装置31中，各个加热模块14能够以上述方式单独地运行。还可以想到的是，通过相应的将以上述方式连接在一起来运行加热装置31的至少两个加热模块14。