車輛前窗玻璃電加熱裝置及利用電加熱裝置除冰的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種車輛前窗玻璃電加熱裝置及利用電加熱裝置除冰的方法，將前窗玻璃的電加熱絲分成電阻值相同的多個加熱區(qū)域，每個加熱區(qū)域的電加熱絲由母線引出與外部電源連接，該裝置還設置有用于感應前窗玻璃溫度的溫度控制器和極寒模式啟動開關，溫度控制器和極寒模式啟動開關通過串并聯轉換控制電路與多個加熱區(qū)域的母線連接實現多個加熱區(qū)域的電加熱絲的串并聯轉換。本發(fā)明中前窗玻璃實現了雙功率加熱，正常低溫情況下采用正常功率，極寒情況下切換至極寒功率，實現快速除冰、除霜，防止單一加熱功率不能兼顧環(huán)境溫度變化的缺陷，同時還可以避免當溫度較高時，由于采用單一大功率加熱造成對玻璃的損壞。
【專利說明】車輛前窗玻璃電加熱裝置及利用電加熱裝置除冰的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種車輛前窗玻璃，特別涉及在高速動車組等軌道車輛上應用的前窗 玻璃電加熱裝置及利用電加熱裝置除冰的方法，屬于軌道車輛制造【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 高速動車組等軌道車輛在冬季或是在極寒地區(qū)運營時，都會在前窗玻璃表面形成 一層霧、或者霜、甚至是一層冰，嚴重影響駕駛員以及乘客的視線，而駕駛員在行駛過程中 無法去擦拭玻璃，從而造成行駛不便，嚴重時可能造成交通事故。
[0003] 通常的做法是在前窗玻璃上布置一層金屬電熱絲，然后接入12V或是24V電壓，利 用電熱絲產生的熱量加熱前窗玻璃，以除霜除冰。目前，前窗玻璃電加熱普遍采用單一功 率，設定為500?700w/m2,這一加熱功率在環(huán)境最低溫度為-25°C的地區(qū)適用。但在環(huán)境 最低溫度為_40°C甚至更低的極寒地區(qū)，上述加熱功率根本達到不除霜除冰的要求，前窗玻 璃的電加熱功率應進一步增大。
[0004] 根據除冰試驗得知，環(huán)境最低溫度為_40°C時，前窗玻璃的加熱功率須達到2100w 以上，如仍然采用單一功率，當環(huán)境溫度較高時，過大的加熱功率會影響玻璃的光學性能， 發(fā)生光學變形現象。
[0005] 因此，需要設計一種既滿足_40°C的極寒環(huán)境，又適應正常低溫的前窗玻璃電加熱 方法。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明主要目的在于解決上述問題和不足，提供一種在極低溫環(huán)境和正常環(huán)境低 溫條件下均可以加熱玻璃且結構簡單的車輛前窗玻璃電加熱裝置。
[0007] 本發(fā)明的另一個主要目的在于，提供一種利用上述電加熱裝置除冰的方法，控制 方式簡單，可以實現在極低溫環(huán)境下極速加熱玻璃。
[0008] 為實現上述目的，本發(fā)明的技術方案是：
[0009] -種車輛前窗玻璃電加熱裝置，包括單層玻璃或多層玻璃，在玻璃表面或玻璃夾 層內部安裝有電加熱絲，將所述前窗玻璃的電加熱絲分成電阻值相同的多個加熱區(qū)域，每 個加熱區(qū)域的電加熱絲由母線引出與外部電源連接，該裝置還設置有用于感應前窗玻璃溫 度的溫度控制器和極寒模式啟動開關，所述溫度控制器和極寒模式啟動開關通過串并聯轉 換控制電路與多個加熱區(qū)域的母線連接實現多個加熱區(qū)域的電加熱絲的串并聯轉換，所述 溫度控制器與極寒模式啟動開關分別與控制電源連接。
[0010] 進一步，所述前窗玻璃的電加熱絲平均分成電阻值相同的兩個加熱區(qū)域，分別為 第一加熱區(qū)域和第二加熱區(qū)域。
[0011] 進一步，所述串并聯轉換控制電路包括接觸器K1、接觸器K2和控制繼電器R1，接 觸器K1和接觸器K2的線圈并聯后接入控制電源的輸入端與溫度控制器之間，控制繼電器 R1的常開觸頭R1'與接觸器K2串聯，控制繼電器R1的常閉觸頭R1"與接觸器K1串聯，控 制繼電器R1的線圈與極寒模式啟動開關串聯，外部電源經接觸器K1的常開觸點將第一加 熱區(qū)域和第二加熱區(qū)域的電加熱絲串聯，在接觸器Κ1常開觸點的輸入端和輸出端與第二 加熱區(qū)域的電加熱絲的輸入母線和輸出母線之間同時接入接觸器Κ2的常開觸點。
[0012] 進一步，在所述外部電源及控制電源的正極輸入端均串接一斷路器。
[0013] 進一步，所述極寒模式啟動開關連接一用于超時保護的延時繼電器KTD，延時繼電 器KTD的常開觸點與控制繼電器R1的線圈串聯接入回路中。
[0014] 進一步，所述溫度控制器粘貼固定于所述前窗玻璃的內表面。
[0015] 進一步，所述極寒模式啟動開關為手動開關或為感應室外溫度的溫控開關。
[0016] 進一步，所述極寒模式啟動開關為自復位開關。
[0017] 進一步，所述外部電源為車輛提供的220V交流電源。
[0018] 本發(fā)明的另一個技術方案是：
[0019] 一種利用上述電加熱裝置除冰的方法，包括如下步驟：
[0020] 測量前窗玻璃溫度，當前窗玻璃溫度處于設定下限值或以下時，啟動正常加熱模 式，控制多個加熱區(qū)域的電加熱絲串聯連接，按較小功率值加熱前窗玻璃；
[0021] 如果達到極寒模式啟動條件，啟動極寒加熱模式，控制多個加熱區(qū)域的電加熱絲 切換為并聯連接，按較大功率值加熱前窗玻璃；
[0022] 如果前窗玻璃溫度達到設定上限值時，停止為前窗玻璃加熱。
[0023] 進一步，極寒模式啟動條件為人為判斷前窗玻璃需要除冰并按下極寒模式啟動開 關，或感應室外環(huán)境溫度達到設定值自動觸發(fā)極寒模式啟動開關。
[0024] 進一步，啟動極寒加熱模式后，通過延時繼電器KTD控制加熱時間，達到時間設定 值時自動轉為正常加熱模式。
[0025] 進一步，所述時間設定值為10分鐘。
[0026] 進一步，前窗玻璃溫度設定下限值為15°C，前窗玻璃溫度設定上限值為28°C。
[0027] 綜上內容，本發(fā)明所述的一種車輛前窗玻璃電加熱裝置及利用電加熱裝置除冰的 方法，與現有技術相比，具有如下優(yōu)點：
[0028] (1)前窗玻璃實現了雙功率加熱，正常低溫情況下采用正常功率，極寒情況下由司 機選擇切換至極寒功率，實現快速除冰、除霜，防止單一加熱功率不能兼顧環(huán)境溫度變化的 缺陷，同時還可以避免當溫度較高時，由于采用單一大功率加熱造成對玻璃的損壞。
[0029] (2)設置了超時保護功能，當前窗玻璃以極寒功率加熱lOmin后，系統(tǒng)自動切換至 正常功率加熱，防止司機操作極寒開關后，忘記恢復，玻璃處于極速加熱模式時間過長，造 成對玻璃的損傷。
[0030] (3)能滿足運營高寒動車組低溫環(huán)境要求，適應高寒動車組運營環(huán)境及模式，整體 性能先進、安全可靠。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1是本發(fā)明前窗玻璃結構示意圖；
[0032] 圖2是本發(fā)明前窗玻璃電加熱裝置結構示意圖；
[0033] 圖3是本發(fā)明電加熱裝置控制電路圖。
[0034] 如圖1至圖3所示，前窗玻璃1，第一加熱區(qū)域la，第二加熱區(qū)域lb，電加熱絲2， 匯流排3,溫度控制器4,極寒模式啟動開關5。

【具體實施方式】
[0035] 下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述：
[0036] 圖1和圖2所示，本發(fā)明提供了一種車輛前窗玻璃電加熱裝置，特別適用于 在-40°C極寒、高風沙、高溫等惡劣環(huán)境中運行的動車組等軌道車輛。動車組等軌道車輛的 前窗玻璃1包括單層玻璃或多層玻璃，在玻璃表面或玻璃夾層內部安裝有電加熱絲2,以加 熱前窗玻璃1，迅速融化玻璃上的冰雪等。前窗玻璃1中間為透明的區(qū)域，用于司機觀察車 外環(huán)境，四周一圈為不透明的區(qū)域，在不透明區(qū)域內設置匯流排3,匯流排3間并聯布置多 根波浪狀電加熱絲2,通過控制電加熱絲2的長度、間距以控制加熱區(qū)域的電阻值，從而控 制前窗玻璃1的加熱功率。
[0037] 圖1和圖2所示，將前窗玻璃1的電加熱絲2分成電阻值相同的多個加熱區(qū)域，保 證整體前窗玻璃1加熱均勻。本實施例中，在保證加熱效果的前提下，為了簡化結構及控制 方式，優(yōu)選將前窗玻璃1的電加熱絲2分成完全相同的兩個加熱區(qū)域，分別為第一加熱區(qū)域 la和第二加熱區(qū)域lb，第一加熱區(qū)域la和第二加熱區(qū)域lb的電阻值相同。第一加熱區(qū)域 la引出2根母線A、B，第二加熱區(qū)域lb引出2母線C、D，母線A、B、C、D與外部電源連接。 本實施例中，外部電源為車輛提供的220V交流電源，可以簡化整個電路結構，同時也可以 簡化控制方式。
[0038] 第一加熱區(qū)域la和第二加熱區(qū)域lb的電加熱絲2串聯時，整體電加熱絲2的加 熱功率較小，設定為550w/m 2,第一加熱區(qū)域la和第二加熱區(qū)域lb的電加熱絲2并聯時，整 體電加熱絲2的加熱功率較大，為2200 (4X550) w/m2。因此，當室外環(huán)境溫度大約在正常低 溫情況（_25°C左右）時，控制第一加熱區(qū)域la和第二加熱區(qū)域lb的電加熱絲2串聯連接， 以正常功率（550w/m 2)加熱前窗玻璃1，而當室外環(huán)境溫度低至極寒低溫情況（_40°C左右） 時，則將兩個加熱區(qū)域的電加熱絲2由串聯轉換為并聯，即以極寒功率（2200w/m 2)加熱前 窗玻璃1，實現在極低溫情況下快速除冰、除霜，避免由于視線不清出現交通事故。該裝置 使前窗玻璃1實現了雙功率加熱，不但可以防止單一加熱功率不能兼顧室外環(huán)境溫度變化 的缺陷，同時還可以避免當室外環(huán)境溫度較高時，只采用單一大功率加熱造成對前窗玻璃1 的損壞。
[0039] 如圖1和3所示，為了實現簡單而精確的控制，該裝置還設置有用于感應前窗玻璃 1溫度的溫度控制器4和極寒模式啟動開關5。其中，溫度控制器5粘貼固定于前窗玻璃1 的內表面，并引出2根母線E、F與控制電源連接。極寒模式啟動開關5安裝于司機室內的 操作臺上，方便司機操作，極寒模式啟動開關5也同樣與控制電源連接，控制電源是司機室 操作臺提供的220V交流電源。溫度控制器4和極寒模式啟動開關5通過串并聯轉換控制 電路與第一加熱區(qū)域la和第二加熱區(qū)域lb的電加熱絲2連接，實現第一加熱區(qū)域la和第 二加熱區(qū)域lb的電加熱絲2的串并聯轉換。
[0040] 如圖3所示，串并聯轉換控制電路包括接觸器K1、接觸器K2、一個控制繼電器R1 和一個延時繼電器KTD，延時繼電器KTD起著超時保護的作用。接觸器K1和接觸器K2的線 圈并聯后接入控制電源的輸入端與溫度控制器4之間，控制繼電器R1的常開觸頭R1'與接 觸器K2的線圈串聯，控制繼電器R1的常閉觸頭R1"與接觸器K1的線圈串聯，延時繼電器 KTD的常開觸點與控制繼電器R1的線圈串聯接入回路中，延時繼電器KTD的線圈與極寒模 式啟動開關5串聯，外部電源經接觸器K1的常開觸點將第一加熱區(qū)域la和第二加熱區(qū)域 lb的電加熱絲2串聯，在接觸器K1常開觸點的輸入端與第二加熱區(qū)域lb的電加熱絲2的 輸入母線C之間及接觸器K1常開觸點的輸出端與第二加熱區(qū)域lb的電加熱絲2的輸出母 線D之間同時接入接觸器K2的常開觸點，在外部電源及兩個控制電源的正極輸入端均再分 別串接一斷路器E1、E2、E3。
[0041] 極寒模式啟動開關5可以采用手動開關，由司機根據前窗玻璃1的冰霜情況手動 操作，啟動極寒加熱模式，也可以采用溫控開關，溫控開關感應室外環(huán)境溫度，并根據室外 環(huán)境溫度的變化接通或斷開。極寒模式啟動開關5采用自復位開關，以簡化控制方式，極寒 模式的加熱時間由延時繼電器KTD控制。
[0042] 如圖3所示，當處于正常加熱模式時，且溫度控制器4閉合時，極寒模式啟動開關 5是斷開的，控制繼電器R1失電，接觸器K1得電，接觸器K1的常開觸點閉合，第一加熱區(qū) 域la和第二加熱區(qū)域lb的電加熱絲2串聯連接，電加熱絲2的電阻值較大，加熱功率小， 此過程按較小功率值（550w/m 2)加熱前窗玻璃1。
[0043] 當司機按下極寒模式啟動開關5,或室外環(huán)境溫度低至_40°C時，極寒模式啟動開 關5接通，且溫度控制器4閉合時，延時繼電器KTD得電開始計時，同時控制繼電器R1得電， 接觸器K1失電，接觸器K2得電，接觸器K1的常開觸點斷開，接觸器K2的常開觸點閉合接 通，使第一加熱區(qū)域la和第二加熱區(qū)域lb的電加熱絲2轉換為并聯連接，電加熱絲2的電 阻值較小，加熱功率增大，此過程則按較大功率值（2200w/m 2)對前窗玻璃1進行極速加熱。 延時繼電器KTD達到時間設定值時，本實施例，經過大量試驗將時間設定值設為10分鐘，10 分鐘后延時繼電器KTD失電，控制繼電器R1失電，接觸器K2失電，接觸器K1得電，第一加 熱區(qū)域la和第二加熱區(qū)域lb的電加熱絲2恢復串聯連接，以正常加熱功率550w/m 2對前 窗玻璃1進行加熱。
[0044] 溫度控制器4感應前窗玻璃1的溫度，當前窗玻璃1溫度處于設定下限值或以下 時，溫度控制器4閉合，開始對前窗玻璃1進行加熱，當前窗玻璃1溫度處于設定上限值或 以上時，溫度控制器4斷開，停止對前窗玻璃1進行加熱，這樣對前窗玻璃1起到較好的過 熱保護功能。經過大量的試驗確定，溫度控制器4的設定下限值為15°C，溫度控制器4的設 定上限值為28 °C。
[0045] 下面詳細描述利用上述電加熱裝置對前窗玻璃進行除冰的方法，具體包括如下步 驟：
[0046] 1、上電，溫度控制器4感應前窗玻璃1的溫度，當前窗玻璃1溫度處于設定下限值 15°C或以下時，溫度控制器4閉合接通，自動啟動正常加熱模式，此時，第一加熱區(qū)域la和 第二加熱區(qū)域lb的電加熱絲2串聯連接，按較小功率值（550w/m 2)加熱前窗玻璃1，當前窗 玻璃1溫度升到設定上限值28°C時，溫度控制器4斷開，停止對前窗玻璃1進行加熱。
[0047] 2、當室外環(huán)境溫度極低，司機人為判斷前窗玻璃1需要快速除冰時，手動按下極 寒模式啟動開關5,啟動極寒加熱模式；或，感應室外環(huán)境溫度達到設定值（_40°C)自動觸 發(fā)極寒模式啟動開關4,啟動極寒加熱模式，此時，第一加熱區(qū)域la和第二加熱區(qū)域lb的電 加熱絲2由串聯轉換為并聯連接，按較大功率值（2200w/m 2)極速加熱前窗玻璃1。
[0048] 啟動極寒模式啟動開關5時，延時繼電器KTD開始計時，10分鐘后自動切換為正 常加熱模式繼續(xù)對前窗玻璃1進行加熱，直至當前窗玻璃1溫度繼續(xù)升到設定上限值28°c 時，溫度控制器4斷開，停止對前窗玻璃1進行加熱。
[0049] 如上所述，結合附圖所給出的方案內容，可以衍生出類似的技術方案。但凡是未脫 離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等 同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
【權利要求】
1. 一種車輛前窗玻璃電加熱裝置，包括單層玻璃或多層玻璃，在玻璃表面或玻璃夾層 內部安裝有電加熱絲，其特征在于：將所述前窗玻璃的電加熱絲分成電阻值相同的多個加 熱區(qū)域，每個加熱區(qū)域的電加熱絲由母線引出與外部電源連接，該裝置還設置有用于感應 前窗玻璃溫度的溫度控制器和極寒模式啟動開關，所述溫度控制器和極寒模式啟動開關通 過串并聯轉換控制電路與多個加熱區(qū)域的母線連接實現多個加熱區(qū)域的電加熱絲的串并 聯轉換，所述溫度控制器與極寒模式啟動開關分別與控制電源連接。
2. 根據權利要求1所述的車輛前窗玻璃電加熱裝置，其特征在于：所述前窗玻璃的電 加熱絲平均分成電阻值相同的兩個加熱區(qū)域，分別為第一加熱區(qū)域和第二加熱區(qū)域。
3. 根據權利要求2所述的車輛前窗玻璃電加熱裝置，其特征在于：所述串并聯轉換控 制電路包括接觸器K1、接觸器K2和控制繼電器R1，接觸器K1和接觸器K2的線圈并聯后接 入控制電源的輸入端與溫度控制器之間，控制繼電器R1的常開觸頭R1'與接觸器K2串聯， 控制繼電器R1的常閉觸頭R1"與接觸器K1串聯，控制繼電器R1的線圈與極寒模式啟動開 關串聯，外部電源經接觸器K1的常開觸點將第一加熱區(qū)域和第二加熱區(qū)域的電加熱絲串 聯，在接觸器K1常開觸點的輸入端和輸出端與第二加熱區(qū)域的電加熱絲的輸入母線和輸 出母線之間同時接入接觸器K2的常開觸點。
4. 根據權利要求3所述的車輛前窗玻璃電加熱裝置，其特征在于：在所述外部電源及 控制電源的正極輸入端均串接一斷路器。
5. 根據權利要求3所述的車輛前窗玻璃電加熱裝置，其特征在于：所述極寒模式啟動 開關連接一用于超時保護的延時繼電器KTD，延時繼電器KTD的常開觸點與控制繼電器R1 的線圈串聯接入回路中。
6. 根據權利要求1所述的車輛前窗玻璃電加熱裝置，其特征在于：所述溫度繼電器粘 貼固定于所述前窗玻璃的內表面。
7. 根據權利要求1所述的車輛前窗玻璃電加熱裝置，其特征在于：所述極寒模式啟動 開關為手動開關或為感應室外溫度的溫控開關。
8. 根據權利要求7所述的車輛前窗玻璃電加熱裝置，其特征在于：所述極寒模式啟動 開關為自復位開關。
9. 根據權利要求1所述的車輛前窗玻璃電加熱裝置，其特征在于：所述外部電源為車 輛提供的220V交流電源。
10. -種利用如權利要求1-9任一項所述的車輛前窗玻璃電加熱裝置的除冰的方法， 其特征在于，包括如下步驟： 測量前窗玻璃溫度，當前窗玻璃溫度處于設定下限值或以下時，啟動正常加熱模式，控 制多個加熱區(qū)域的電加熱絲串聯連接，按較小功率值加熱前窗玻璃； 如果達到極寒模式啟動條件，啟動極寒加熱模式，控制多個加熱區(qū)域的電加熱絲切換 為并聯連接，按較大功率值加熱前窗玻璃； 如果前窗玻璃溫度達到設定上限值時，停止為前窗玻璃加熱。
11. 根據權利要求10所述的除冰的方法，其特征在于：極寒模式啟動條件為人為判斷 前窗玻璃需要除冰并按下極寒模式啟動開關，或感應室外環(huán)境溫度達到設定值自動觸發(fā)極 寒模式啟動開關。
12. 根據權利要求10所述的除冰的方法，其特征在于：啟動極寒加熱模式后，通過延時 繼電器KTD控制加熱時間，達到時間設定值時自動轉為正常加熱模式。
13. 根據權利要求12所述的除冰的方法，其特征在于：所述時間設定值為10分鐘。
14. 根據權利要求10所述的除冰的方法，其特征在于：前窗玻璃溫度設定下限值為 15°C，前窗玻璃溫度設定上限值為28°C。
【文檔編號】H05B3/84GK104144534SQ201410185165
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權日:2014年5月4日
【發(fā)明者】楊愛蓮, 宋培元, 李宏, 張方濤, 程建峰, 丁叁叁, 吳冬華, 王軍, 陶桂東, 王姣, 白璐 申請人:南車青島四方機車車輛股份有限公司