電動汽車PTC加熱系統研究

周斌

摘要：PTC加熱技術是目前較為成熟且優勢較多的技術，面對市場的巨大需求，針對電動汽車與PTC加熱系統的應用研究就格外重要。所以，本文針對現有機械拉絲式面板控制的電動汽車PTC加熱器存在的問題，進行分析、改進、試驗，提出的增加保護控制器改進措施較好地解決了問題。

關鍵詞：PTC;加熱器;電動汽車;保護

一、電動汽車PTC加熱系統的研究背景

面對世界范圍內資源短缺和污染環境問題，節能減排，保護環境成為人類共同的口號和目標。由于全球現在機動車每天燃燒化石燃料所放出的尾氣對于環境污染起到了推波助瀾的作用，電動汽車應運而生。但是由于電動汽車，在過冷或過熱的環境下工作，情況并不太好，同時，在寒冬季節對于駕駛員的駕駛艙進行加熱，也成為電動汽車研發過程中的一個需求。急需通過對汽車內部加熱系統的調配和創新設置進行工作。但是目前我們在電動汽車的發展過程中，能夠應用的加熱技術只有僅僅幾種PTC加熱技術、傳統的燃油加熱技術以及熱泵的應用加熱技術。傳統的燃油加熱技術就是燃燒一些化石燃料來獲得熱量進行加熱，它和傳統的加熱方式一樣，雖然它產生的熱量和效率十分穩定有效，但是在這個過程中需要釋放一定量的有害氣體，那么這個過程就違背了我們對于環境保護的初衷。而熱泵技術在目前尚未完全應用到電動汽車加熱系統中，雖然科研人員對于油泵加熱技術持有相對樂觀的期望，但是這個技術到目前為止仍然有很多困擾，人們應用到實際當中來仍有很多問題。而剩下的PTC加熱技術，則相對于其他兩種技術有更好的優勢，比如體積小，恒溫自控等等優勢，而且它的工作效率也相對來說較好。同時PTC加熱技術在加熱過程中并不燃燒化石燃料、產生有害廢氣。所以面對目前的大趨勢，相對穩定的PTC加熱系統和電動汽車的加熱系統就緊密相連，是我們研究的重點。

二、電動汽車與燃油汽車暖風的結構區別

為了減少開發成本，提高開發速度，充分利用社會資源，現在市場上的很多電動物流車是在市場上原已淘汰的燃油車型上改型而來的，如利用原車型的車架、車身、懸架等，加上“三電”（電池、電機、電控）就變成了電動汽車。傳統汽車暖風系統是將冷卻發動機缸體后的熱水通過管道引入駕駛室內的暖風機散熱器內部，熱水流過散熱器時將散熱片附近的空氣加熱，再利用鼓風電機將加熱后的空氣吹出，通過風道送到駕駛室各相應部位來給駕駛室內人員取暖、玻璃除霜或除霧。因純電動汽車上沒有了發動機，改由電機驅動，也就沒有了冷卻發動機的熱水來給駕駛室采暖。為降低開發成本，這些電動汽車暖風控制系統將原暖風機中的水暖散熱器用PTC加熱器來代替，而原車型中的機械式暖風空調控制面板、風道、空調制冷芯體及暖風機結構等均不變，從而組成電動汽車的冷暖空調系統。某公司的電動汽車PTC暖風機處于暖風狀態的結構簡圖。此時冷暖轉換風門旋到了最上方，鼓風電機吹出的風全部吹過PTC加熱器，因此為暖風狀態。若操作暖風空調控制面板將冷暖轉換風門旋到最下方，此時冷暖轉換風門將PTC加熱器的進風口完全堵死，熱風吹不出，暖風機吹出的為冷風（或空調狀態）。可以看到，吹冷風時冷暖轉換風門離PTC加熱器表面距離較近（不足10mm）。這種結構的暖風機在國內輕型載貨汽車和電動物流車中有一定的使用量。

三、改進前電動汽車PTC暖風缺陷分析及存在的隱患

經分析、試驗發現：因冷風狀態時冷暖轉換風門離PTC加熱器表面距離較近，在正常采暖狀態時，PTC加熱器正常工作，鼓風電機持續散熱，暖風機工作正常;但在PTC加熱器電路處于加熱接通狀態而冷暖轉換風門旋至制冷或靠近制冷位置（例如用戶嫌駕駛室暖氣過熱而將暖風空調面板由采暖位置旋至制冷位置，此時冷暖轉換風門旋到了最下位置，而忘了關掉暖風加熱開關或風速開關等），此時鼓風電機雖然仍在工作，但鼓風電機吹出的風未穿過還在工作的PTC加熱器而直接從冷暖轉換風門上部吹走，此時PTC加熱器表面并沒有風或吹過的散熱風量較小，因此PTC加熱器溫度較高（試驗發現此時PTC加熱器溫度可達135℃以上）;或在使用暖風時，駕駛員突然下車拔鑰匙斷電，雖然PTC加熱器已停止工作但其產生余熱使其表面溫度仍然較高，而熱風又不能吹走，超過了塑料冷暖轉換風門的承受溫度，工作一段時間后會導致塑料冷暖轉換風門逐漸熔化變軟、再變形的情況發生。且因供應商提供的PTC雙金屬片溫控開關使用壽命僅為6000次左右，一旦超過使用壽命，溫控開關觸點發生粘連，在上述無風狀態時，PTC加熱器的表面溫度會達到250℃左右的居里溫度，成為電動汽車的一種火災隱患。

四、PTC加熱系統目前主要研究的應用

1.對汽車駕駛員倉進行加熱

利用PTC加熱系統對乘員艙進行加熱的過程中需要的工具十分簡單，只需要一個電子水泵，一個暖風芯體和一個儲液室，還有PTC連接的一些裝置就足夠了。在加熱過程中，PTC加熱裝置提供熱源，通過電子水泵抽出一部分水進入儲液室，接受PTC裝置所傳遞過來的熱量，儲液室內的水再進入暖風芯體，通過暖風芯體和電子水泵的共同作用，將熱量傳遞到駕駛員的汽車艙當中。同時輸液室當中的水流經駕駛員艙之后，這些液體再重新流回到儲液室當中，從而形成了一個完整的工作循環。同時由于PTC加熱系統是水加熱的系統類型，并不會產生過多的有害氣體，同時也不會燃燒過多的能源，只需要一點電能即可，所以這也極大地符合我們對于環境保護的要求。

2.對電池進行預熱

由于汽車的電池是在一定的工作環境下運行，才能夠發揮出它最大的工作效率，所以在過冷或者過熱的情況下，對于現有的電動汽車來說，都將很大程度上降低了汽車的工作效率，是一個極難解決的問題。所以面對這個問題，我們特別需要的是在啟動汽車之前對電池進行預熱，同時保證整個汽車的工作系統能夠正常的進行工作。而通過一系列的實驗數據表明，大多數電動汽車的電池活性值保持最高的時候，溫度在10攝氏度到30攝氏度之間。一旦偏離這個溫度范圍，汽車的電池內的活性就會急劇的下降，嚴重的影響工作效率。這時候，PTC加熱系統能夠利用水熱系統所產生的熱量對電池進行預熱。同時我們也可以通過在PTC加熱系統過程中的循環控制，以達到在電池處于低溫環境時能夠在啟動之前進行有效的預熱，提高它的工作效率。

3.與汽車的熱泵系統聯合

使用在冬季對于電動汽車內部駕駛艙以及各部位的功能過程中，相當一部分汽車采用的是熱泵加熱系統進行供暖。但是在熱泵供熱系統工作的時候，有很大的弊端，這也是一直以來科研人員想要解決的問題，當溫度低于4攝氏度以下時，熱泵供暖系統的工作效率就會急劇下降。也就是說它完全不能夠保證在低溫狀態下汽車駕駛艙內的溫度，這樣一來，如果將PTC加熱系統和熱泵供熱系統進行緊密的工作聯系，那么將很大程度上緩解熱泵系統不能在低溫環境下對汽車駕駛艙進行有效的供暖工作的問題。所以說在供暖過程中，我們可以將PTC技術和汽車的熱泵系統進行結合使用，提高汽車的使用效率和工作性能。

總結

綜上所述，在面對當前世界對于環境保護，可持續發展的共同追求，電動汽車PTC加熱系統的研究應在現有的基礎上進行更深入的研究，但在電動汽車上使用卻出現問題，原因為在燃油汽車和電動汽車上的暖風工作溫度不一樣。因此，同一產品在不同車型上借用前應充分分析、考慮清楚，希望該案例能對大家有所啟示。

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