电动汽车PTC加热系统研究

周斌

摘要：PTC加热技术是目前较为成熟且优势较多的技术，面对市场的巨大需求，针对电动汽车与PTC加热系统的应用研究就格外重要。所以，本文针对现有机械拉丝式面板控制的电动汽车PTC加热器存在的问题，进行分析、改进、试验，提出的增加保护控制器改进措施较好地解决了问题。

关键词：PTC;加热器;电动汽车;保护

一、电动汽车PTC加热系统的研究背景

面对世界范围内资源短缺和污染环境问题，节能减排，保护环境成为人类共同的口号和目标。由于全球现在机动车每天燃烧化石燃料所放出的尾气对于环境污染起到了推波助澜的作用，电动汽车应运而生。但是由于电动汽车，在过冷或过热的环境下工作，情况并不太好，同时，在寒冬季节对于驾驶员的驾驶舱进行加热，也成为电动汽车研发过程中的一个需求。急需通过对汽车内部加热系统的调配和创新设置进行工作。但是目前我们在电动汽车的发展过程中，能够应用的加热技术只有仅仅几种PTC加热技术、传统的燃油加热技术以及热泵的应用加热技术。传统的燃油加热技术就是燃烧一些化石燃料来获得热量进行加热，它和传统的加热方式一样，虽然它产生的热量和效率十分稳定有效，但是在这个过程中需要释放一定量的有害气体，那么这个过程就违背了我们对于环境保护的初衷。而热泵技术在目前尚未完全应用到电动汽车加热系统中，虽然科研人员对于油泵加热技术持有相对乐观的期望，但是这个技术到目前为止仍然有很多困扰，人们应用到实际当中来仍有很多问题。而剩下的PTC加热技术，则相对于其他两种技术有更好的优势，比如体积小，恒温自控等等优势，而且它的工作效率也相对来说较好。同时PTC加热技术在加热过程中并不燃烧化石燃料、产生有害废气。所以面对目前的大趋势，相对稳定的PTC加热系统和电动汽车的加热系统就紧密相连，是我们研究的重点。

二、电动汽车与燃油汽车暖风的结构区别

为了减少开发成本，提高开发速度，充分利用社会资源，现在市场上的很多电动物流车是在市场上原已淘汰的燃油车型上改型而来的，如利用原车型的车架、车身、悬架等，加上“三电”（电池、电机、电控）就变成了电动汽车。传统汽车暖风系统是将冷却发动机缸体后的热水通过管道引入驾驶室内的暖风机散热器内部，热水流过散热器时将散热片附近的空气加热，再利用鼓风电机将加热后的空气吹出，通过风道送到驾驶室各相应部位来给驾驶室内人员取暖、玻璃除霜或除雾。因纯电动汽车上没有了发动机，改由电机驱动，也就没有了冷却发动机的热水来给驾驶室采暖。为降低开发成本，这些电动汽车暖风控制系统将原暖风机中的水暖散热器用PTC加热器来代替，而原车型中的机械式暖风空调控制面板、风道、空调制冷芯体及暖风机结构等均不变，从而组成电动汽车的冷暖空调系统。某公司的电动汽车PTC暖风机处于暖风状态的结构简图。此时冷暖转换风门旋到了最上方，鼓风电机吹出的风全部吹过PTC加热器，因此为暖风状态。若操作暖风空调控制面板将冷暖转换风门旋到最下方，此时冷暖转换风门将PTC加热器的进风口完全堵死，热风吹不出，暖风机吹出的为冷风（或空调状态）。可以看到，吹冷风时冷暖转换风门离PTC加热器表面距离较近（不足10mm）。这种结构的暖风机在国内轻型载货汽车和电动物流车中有一定的使用量。

三、改进前电动汽车PTC暖风缺陷分析及存在的隐患

经分析、试验发现：因冷风状态时冷暖转换风门离PTC加热器表面距离较近，在正常采暖状态时，PTC加热器正常工作，鼓风电机持续散热，暖风机工作正常;但在PTC加热器电路处于加热接通状态而冷暖转换风门旋至制冷或靠近制冷位置（例如用户嫌驾驶室暖气过热而将暖风空调面板由采暖位置旋至制冷位置，此时冷暖转换风门旋到了最下位置，而忘了关掉暖风加热开关或风速开关等），此时鼓风电机虽然仍在工作，但鼓风电机吹出的风未穿过还在工作的PTC加热器而直接从冷暖转换风门上部吹走，此时PTC加热器表面并没有风或吹过的散热风量较小，因此PTC加热器温度较高（试验发现此时PTC加热器温度可达135℃以上）;或在使用暖风时，驾驶员突然下车拔钥匙断电，虽然PTC加热器已停止工作但其产生余热使其表面温度仍然较高，而热风又不能吹走，超过了塑料冷暖转换风门的承受温度，工作一段时间后会导致塑料冷暖转换风门逐渐熔化变软、再变形的情况发生。且因供应商提供的PTC双金属片温控开关使用寿命仅为6000次左右，一旦超过使用寿命，温控开关触点发生粘连，在上述无风状态时，PTC加热器的表面温度会达到250℃左右的居里温度，成为电动汽车的一种火灾隐患。

四、PTC加热系统目前主要研究的应用

1.对汽车驾驶员仓进行加热

利用PTC加热系统对乘员舱进行加热的过程中需要的工具十分简单，只需要一个电子水泵，一个暖风芯体和一个储液室，还有PTC连接的一些装置就足够了。在加热过程中，PTC加热装置提供热源，通过电子水泵抽出一部分水进入储液室，接受PTC装置所传递过来的热量，储液室内的水再进入暖风芯体，通过暖风芯体和电子水泵的共同作用，将热量传递到驾驶员的汽车舱当中。同时输液室当中的水流经驾驶员舱之后，这些液体再重新流回到储液室当中，从而形成了一个完整的工作循环。同时由于PTC加热系统是水加热的系统类型，并不会产生过多的有害气体，同时也不会燃烧过多的能源，只需要一点电能即可，所以这也极大地符合我们对于环境保护的要求。

2.对电池进行预热

由于汽车的电池是在一定的工作环境下运行，才能够发挥出它最大的工作效率，所以在过冷或者过热的情况下，对于现有的电动汽车来说，都将很大程度上降低了汽车的工作效率，是一个极难解决的问题。所以面对这个问题，我们特别需要的是在启动汽车之前对电池进行预热，同时保证整个汽车的工作系统能够正常的进行工作。而通过一系列的实验数据表明，大多数电动汽车的电池活性值保持最高的时候，温度在10摄氏度到30摄氏度之间。一旦偏离这个温度范围，汽车的电池内的活性就会急剧的下降，严重的影响工作效率。这时候，PTC加热系统能够利用水热系统所产生的热量对电池进行预热。同时我们也可以通过在PTC加热系统过程中的循环控制，以达到在电池处于低温环境时能够在启动之前进行有效的预热，提高它的工作效率。

3.与汽车的热泵系统联合

使用在冬季对于电动汽车内部驾驶舱以及各部位的功能过程中，相当一部分汽车采用的是热泵加热系统进行供暖。但是在热泵供热系统工作的时候，有很大的弊端，这也是一直以来科研人员想要解决的问题，当温度低于4摄氏度以下时，热泵供暖系统的工作效率就会急剧下降。也就是说它完全不能够保证在低温状态下汽车驾驶舱内的温度，这样一来，如果将PTC加热系统和热泵供热系统进行紧密的工作联系，那么将很大程度上缓解热泵系统不能在低温环境下对汽车驾驶舱进行有效的供暖工作的问题。所以说在供暖过程中，我们可以将PTC技术和汽車的热泵系统进行结合使用，提高汽车的使用效率和工作性能。

总结

综上所述，在面对当前世界对于环境保护，可持续发展的共同追求，电动汽车PTC加热系统的研究应在现有的基础上进行更深入的研究，但在电动汽车上使用却出现问题，原因为在燃油汽车和电动汽车上的暖风工作温度不一样。因此，同一产品在不同车型上借用前应充分分析、考虑清楚，希望该案例能对大家有所启示。

参考文献

[1]高浩，苏林，李康，方奕栋，唐启天.电动汽车PTC加热水箱的有限元分析[J].农业装备与车辆工程，2019，57（08）：109-112.

[2]李相哲，苏芳，徐磊.电动汽车动力电池系统加热方法研究进展[J].电源技术，2019，43（05）：900-903.

[3]王新树，孔令静，付超，张飞.电动空调 PTC 加热器控制方案设计[J].北京汽车，2019（02）：30-33.