CN111976762A - 车辆用加热地板结构及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆加热部件技术领域，公开一种车辆用加热地板结构及其控制系统，由多块加热地板紧挨串接而成，加热地板自上而下依次由金属表层、电加热膜层、覆盖层、承载芯材层和覆盖层复合而成且相邻层之间均设有胶膜层。控制系统由多个加热地板控制模块链形串接而成,其包含电压调节模块、与电压调节模块信号口相连的温度信号处理控制板、与温度信号处理控制板信号连接的温度信号收集单元，加热地板控制模块与加热地板电连接。将加热功能集成到车辆内装地板内，形成车辆内均匀的加热过程，控制系统根据加热地板实时温度反馈对工作电压进行调整，使加热地板温度维持在预定设置目标值附近，实现稳定供暖，保证安全、舒适的动车环境。

Description

车辆用加热地板结构及其控制系统

技术领域

本发明涉及轨道车辆加热部件技术领域，具体地，涉及一种车辆用加热地板结构及其控制系统。

背景技术

双层动车组8节编组车型全车共有坐席820个，最大载客量1708人，能够有效缓解客运高峰，但其与传统单层车相比，车辆的地板面积为单层车的1.5倍，车辆内部的布局更为紧凑，因此对车内的空间利用提出了更高的要求，而更大空间的车体内腔也对车里的辅热提出了更高的要求，传统的侧壁式加热器已经无法满足双层动车组的辅热功能。

目前国内外机车或动车的辅热加热器存在如下问题：

1）需要一个固定的空间安装，一般设定与侧墙与地板连接的过渡位置，向车体内凸出，对安装空间有较大的需求；

2）加热器辅热的原理是通过加热丝加热，并通过高温与自然对流向周边扩散热量，因此车辆内由于加热器布置因此导致各区域加热不均匀；

3）加热器属于高温产品，外部保护罩与乘客直接接触，有一定几率会对乘客造成搞完烫伤风险；

4）加热器辅热功能一般不能通过对温度进行稳态调节，一般设置为一个固定的功率，因此舒适度会根据室外温度变化和空调辅热变化成阶梯式供暖。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种节约空间的集成式车辆用加热地板结构。

本发明同时提供一种对所述地板结构加热的温度可控性强、确保动车环境安全舒适的控制系统。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种车辆用加热地板结构，由多块加热地板紧挨串接而成，加热地板自上而下依次由金属表层、电加热膜层、覆盖层、承载芯材层和覆盖层复合而成且相邻层之间均设有胶膜层。

进一步地，加热地板边缘具有台阶，相邻加热地板之间通过台阶嵌合串接，台阶表面及台阶纵向端面均采用覆盖层包裹。

进一步地，覆盖层材料为纤维预浸料。

进一步地，金属表层厚度为0.8～1.5mm。

一种用于控制如上所述的车辆用加热地板结构工作的控制系统，由多个加热地板控制模块链形串接而成,加热地板控制模块包含电压调节模块、与电压调节模块信号口相连的温度信号处理控制板，还包含与温度信号处理控制板信号连接的温度信号收集单元，加热地板控制模块与加热地板电连接。

进一步地，所述加热地板控制模块有至少3个输入/输出端口，分别包括加热地板控制模块的电源输入端口、与加热地板连接的供电回路及信号采集的端口、去往下一个加热地板控制模块的电源输出端口。

更进一步地，加热地板控制模块还包括分别与温度信号处理控制板信号连接的对外显示面板与操作面板；对外显示面板包含温度显示窗口、控制灯显示灯、输出显示灯；操作面板包括温度调节旋钮、过热保护恢复按钮。

再更进一步地，电压调节模块包含由半导体器件组成的移相/斩波电路，半导体器件由温度信号处理控制板进行控制，调节电压调节模块的输出电压，使加热地板温度与温度调节旋钮设定温度保持一致。

再进一步地，电压调节模块包含有信号接口与温度信号处理控制板相连，还包含有电气接口与电压调节模块输出端串联的逻辑保护模块，在电压调节模块失效时，逻辑保护模块根据加热地板的实际温度及允许偏差值，以通断方式控制加热地板供电回路的工作状态。

还进一步地，温度信号收集单元还包含有温度开关，在加热地板温度达到过热保护限值时，温度开关反馈过热信号至温度信号处理控制板，控制逻辑保护模块切断加热地板供电回路。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）将加热功能集成到车辆内装加热地板内，改善原有空调加挂壁式加热器辅热的加热盲区，由原来的车厢内两侧底部加热加上顶上加热的方式，调整到车辆下方整体加热，和空调上方循环加热，形成车辆内均匀的加热过程，提高舒适度，达到轻量化和节省车辆空间特点；

2）加热地板采用多层复合结构，并采用电加热膜层尤其是碳晶加热膜的结构特性进行加热，同时由热敏电阻进行温度监控，加热地板属于免维护结构，可以维持整个车辆30年的运营生命周期；

3）可根据地板实时温度反馈对加热地板工作电压进行调整，并使加热地板温度维持在预定设置目标值附近，形成稳态，实现稳定供暖；另外对接触温度进行控制，通过大面积换热降低接触面的温度，保证安全、舒适的动车环境；

4）控制系统通过温度信号收集单元采集加热地板结构温度并与预设温度值比较以确定出一个稳定的目标温度值，而在加热地板控制模块中可控硅失效时，中间继电器发生通断控制加热地板工作电源以调节电加热膜层的温度，而在中间继电器通断方式也失效的情况下，一旦加热地板温度上升至某极限值时温度开关即动作切断工作电源；以上多重控制方式为加热地板结构的加热提供三重保护，确保动车组加热地板结构的安全运行。

附图说明

图1为实施例2所述的车辆用加热地板结构控制系统的结构示意图；

图2为实施例1所述的加热地板的局部剖视图；

图3为图1中加热地板控制模块的结构示意图；

图4为图1中温度信号收集单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

一种车辆用加热地板结构，尤其适用于双层动车组及其它类型轨道交通工具，如图1和图2所示，由多块加热地板1紧挨串接而成，具体地，加热地板在串接边缘具有台阶11，相邻加热地板1之间通过该台阶嵌合搭接（相邻加热地板的台阶互补），搭接处台阶开设螺纹孔111，两两相邻的加热地板的台阶通过螺栓和锁紧垫片进行紧固安装，从而依次将所有加热地板组合成车辆整体地板。台阶螺纹孔111处还设置有利于加热地板间连接稳定的安装孔嵌件112，以防止螺栓在螺纹孔内发生歪斜导致相邻加热地板无法无缝搭接。

如图2所示，加热地板1自上而下依次由金属表层12、电加热膜层13、覆盖层14、承载芯材层15和覆盖层14复合而成且相邻层之间均设有胶膜层16，电加热膜层13是加热地板的发热元件。加热地板表面的金属表层12用于加热地板表层接地，金属表层表面设置有接地座121，与车辆接地点进行接地连接，避免电加热膜层13破坏后泄露电流危及人员安全，其中金属表层12一般是厚度为0.8～1.5mm的铝板。电加热膜层13材质为一种面加热碳晶石墨烯混合加热膜，确保加热响应快、安全，确保动车组加热环境的舒适性。覆盖层14材料为纤维预浸料。承载芯材层15的芯材为轻质木质材料、发泡材料，优选地选用酚醛发泡板或巴沙木等。胶膜层16则使用绝缘、导热良好的胶膜、胶水。

每块加热地板1的台阶表面及台阶纵向端面均采用覆盖层14包裹，即台阶周边使用纤维预浸料一体封边成型，仔细分析加热地板结构可知，承载芯材层完全被覆盖层包围，形成防火防水表层。

本实施例将电加热膜层集成在加热地板内，摒弃传统在车辆车体内需划分一定空间以安装加热器的弊端，使车辆加热方式调整为车辆下方整体加热和空调上方循环加热，形成车辆内均匀的加热过程，提高舒适度，达到轻量化和节省车辆空间特点。

加热地板采用多层复合结构，结实耐用，采用电加热膜层尤其是碳晶加热膜的结构特性进行加热，热量发散均匀稳定、加热效果好，不会给乘坐人员造成烫伤风险，且加热地板属于免维护结构，可以维持整个车辆30年的运营生命周期。

此外加热地板结构整体属于模块化设计，可直接使用快速接头插接，有效减少安装难度，有效提高整车厂生产效率。

实施例2

本实施例提供一种控制实施例1所述的车辆用加热地板结构工作的控制系统，解决车内辅热优化问题，提供更均匀、更舒适、更安全的辅热功能，以提升乘客的乘坐舒适度。如图1所示，控制系统由多个加热地板控制模块2链形串接而成，加热地板控制模块包括电压调节模块、与电压调节模块信号口相连的温度信号处理控制板，还包含与温度信号处理控制板信号连接的温度信号收集单元，加热地板控制模块2与加热地板1电连接。

其中，加热地板控制模块2具有至少3个输入/输出端口，如图1和图3所示，分别包括加热地板控制模块的电源输入端口21、与加热地板1连接的供电回路及信号采集的端口22、去往下一个加热地板控制模块的电源输出端口23。本实施例中，电源输入端口21为一路输入工作电源31和一路DC24V电源32而设置，DC24V电源32接DC110V转DC24V盒33，DC110V转DC24V盒33接入一路输入控制电源DC110V34；供电回路及信号采集的端口22为一路加热地板工作电源41和一路温度采集反馈线路而设置，温度采集反馈线路通过一温度采集反馈屏蔽线42与加热地板1连接；电源输出端口23为一路控制电源及工作电源并联线缆51与下一个加热地板控制模块2连接而设置；进入加热地板控制模块2内部的工作电源31及24V控制电源32再次从电源输出端口23输出，通过工作电源并联电缆51，接入下一个加热地板控制模块2的电源输入端口21，形成各加热地板控制模块的串形链接组成整车加热地板恒温的控制系统。

电加热膜层13作为加热电板的发热元件，与加热地板控制模块2输出的加热地板工作电源41相连。

如图4所示，温度信号收集单元包括热敏电阻241和温度开关242，两者通过温度采集反馈屏蔽线42与加热地板控制模块2连接，提供温度数据收集和高温信号反馈功能，实现目标温度控制和高温保护功能。热敏电阻241和温度开关242与加热地板中的电加热膜层13直接接触，并使用导热硅胶进行粘接，以保证电加热膜层13温度直接反馈到热敏电阻和温度开关。

热敏电阻241和温度开关242整体用硅胶填充预埋在加热地板1内部，并从加热地板下表面的覆盖层14向上填充，保证温度采集及高温反馈信号的准确性。一般地，热敏电阻元件选用NTC/PTC类型热敏电阻，温度开关元件一般选取常开模式。

热敏电阻241为一个区域或一个完整整块地板设置一个，温度开关242则在每一个独立电源工作下的电加热膜层13内设置，该设置方式主要是简化温度控制的目标下保证每一块加热区域内实现高温保护。

如图3所示，加热地板控制模块2还包括分别与温度信号处理控制板信号连接的对外显示面板25与操作面板；对外显示面板25包含当前温度显示窗口及表征24V控制电源指示灯、工作电源工作指示灯、过热保护指示灯、故障指示灯等控制显示灯区域，还包括输出状态显示灯；操作面板包括温度调节旋钮261、过热保护恢复按钮262，加热地板的温度预设是通过温度调节旋钮261来调节加热地板的目标温度，本方案中目标温度设置为35℃。

电压调节模块包含由半导体器件组成的移相/斩波电路，半导体器件由温度信号处理控制板进行控制，调节电压调节模块的输出电压，使加热地板1温度与温度调节旋钮261设定温度保持一致。

电压调节模块具有信号接口与温度信号处理控制板相连，还包含有电气接口与电压调节模块输出端串联的逻辑保护模块，逻辑保护模块包括中间继电器，在电压调节模块失效时，温度信号处理控制板根据加热地板的实际温度及允许偏差值控制中间继电器，以通断方式控制加热地板供电回路的工作状态。此外，温度信号收集单元的温度开关242还可在加热地板温度达到过热保护限值时，切断加热地板供电回路，并反馈过热信号至温度信号处理控制板。温度信号处理控制板在接收到过热信号之后，断开中间继电器，此后需要人工介入检查确认安全并手动复位，方可重新进行加热控制。

总的来说，本实施例控制系统的工作原理如下：温度信号收集单元嵌入加热地板1中，加热地板1通过温度采集反馈屏蔽线42及供电线缆（加热地板工作电源线路）与加热地板控制模块2相连，通过热敏电阻241采集加热地板1实时温度，并与预设温度值比较，以调节电压调节模块2中可控硅的导通角，改变电压调节模块的输出电压有效值，最终调节发热功率，使控制系统维持在一个预定设置目标值附近，工作功率与环境交换热量达到稳态，形成变压稳态工作，实现稳定供暖。在发生故障状态下，加热地板1温度持续上升达到预设的危险温度时（本实施例设定的危险温度为70℃），过热保护元件温度开关242动作，切断加热地板的供电回路，并同时反馈过热信号，实现高温保护功能，此后需要手动恢复才能使控制系统恢复正常工作。

现再具体举实例如下：采用400VAC工作电源31和110VDC控制电源34给加热地板结构及控制系统供能，110VDC控制电源通过辅助电源模块（即上文的DC110V转DC24V盒33）转成24V控制电源32，供给加热地板控制模块2的控制部分。400VAC工作电源31和24V控制电源32一起接入加热地板控制模块2的电源输入端口，400VAC工作电源31输入加热地板控制模块2后，先发经电压调节模块再通过中间继电器至加热地板形成供电回路。加热地板控制模块2内部的温度信号处理控制板通过热敏电阻241采集到的加热地板温度，与通过温度调节旋钮261所设定的预定温度值（35℃）进行比较计算，控制电压调节模块中的双向可控硅导通角（0～180°），改变加热地板工作电源41有效值，最终调节电加热膜层13发热功率，实现预定温度的控制调节。

具体来说，当加热地板1温度低于预设温度35℃值时，加热地板温度控制模块2控制输出全压也即全功率输出，电压有效值为400V；当加热地板1温度慢慢上升时，输出电压降低，输出为斩波正弦波，电压有效值降低；加热地板1温度上升至35℃时，输出电压降低，输出为几近半正弦波，此时达到热平衡，温度稳定。

如果双向可控硅失效，经电压调节模块的输出电流传感器检测判断后，中间继电器投入温度控制，以通断方式控制加热地板工作电源41，实现电加热膜层13温度的调节。

如果电压调节模块与中间继电器的通断控制方式均失效，加热地板1继续上升至70℃时，温度开关242动作，切断加热地板工作电源41，此后需要人工介入检查确认安全后，再手动按过热保护恢复按钮262，方可重新进行加热控制。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆用加热地板结构，其特征在于，由多块加热地板紧挨串接而成，加热地板自上而下依次由金属表层、电加热膜层、覆盖层、承载芯材层和覆盖层复合而成且相邻层之间均设有胶膜层。

2.根据权利要求1所述的车辆用地板结构，其特征在于，加热地板边缘具有台阶，相邻加热地板之间通过台阶嵌合串接，台阶表面及台阶纵向端面均采用覆盖层包裹。

3.根据权利要求1所述的车辆用加热地板结构，其特征在于，覆盖层材料为纤维预浸料。

4.根据权利要求1所述的车辆用加热地板结构，其特征在于，金属表层厚度为0.8～1.5mm。

5.一种用于控制权利要求1～4任意一项所述的车辆用加热地板结构工作的控制系统，其特征在于，由多个加热地板控制模块链形串接而成,加热地板控制模块包含电压调节模块、与电压调节模块信号口相连的温度信号处理控制板，还包含与温度信号处理控制板信号连接的温度信号收集单元，加热地板控制模块与加热地板电连接。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述加热地板控制模块有至少3个输入/输出端口，分别包括加热地板控制模块的电源输入端口、与加热地板连接的供电回路及信号采集的端口、去往下一个加热地板控制模块的电源输出端口。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，加热地板控制模块还包括分别与温度信号处理控制板信号连接的对外显示面板与操作面板；对外显示面板包含温度显示窗口、控制灯显示灯、输出显示灯；操作面板包括温度调节旋钮、过热保护恢复按钮。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，电压调节模块包含由半导体器件组成的移相/斩波电路，半导体器件由温度信号处理控制板进行控制，调节电压调节模块的输出电压，使加热地板温度与温度调节旋钮设定温度保持一致。

9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，电压调节模块包含有信号接口与温度信号处理控制板相连，还包含有电气接口与电压调节模块输出端串联的逻辑保护模块，在电压调节模块失效时，逻辑保护模块根据加热地板的实际温度及允许偏差值，以通断方式控制加热地板供电回路的工作状态。

10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，温度信号收集单元还包含有温度开关，在加热地板温度达到过热保护限值时，温度开关反馈过热信号至温度信号处理控制板，控制逻辑保护模块切断加热地板供电回路。

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