電動(dòng)汽車PTC加熱系統(tǒng)研究

周斌

摘要：PTC加熱技術(shù)是目前較為成熟且優(yōu)勢較多的技術(shù)，面對市場的巨大需求，針對電動(dòng)汽車與PTC加熱系統(tǒng)的應(yīng)用研究就格外重要。所以，本文針對現(xiàn)有機(jī)械拉絲式面板控制的電動(dòng)汽車PTC加熱器存在的問題，進(jìn)行分析、改進(jìn)、試驗(yàn)，提出的增加保護(hù)控制器改進(jìn)措施較好地解決了問題。

關(guān)鍵詞：PTC;加熱器;電動(dòng)汽車;保護(hù)

一、電動(dòng)汽車PTC加熱系統(tǒng)的研究背景

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

二、電動(dòng)汽車與燃油汽車暖風(fēng)的結(jié)構(gòu)區(qū)別

為了減少開發(fā)成本，提高開發(fā)速度，充分利用社會(huì)資源，現(xiàn)在市場上的很多電動(dòng)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(jī)、電控）就變成了電動(dòng)汽車。傳統(tǒng)汽車暖風(fēng)系統(tǒng)是將冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)缸體后的熱水通過管道引入駕駛室內(nèi)的暖風(fēng)機(jī)散熱器內(nèi)部，熱水流過散熱器時(shí)將散熱片附近的空氣加熱，再利用鼓風(fēng)電機(jī)將加熱后的空氣吹出，通過風(fēng)道送到駕駛室各相應(yīng)部位來給駕駛室內(nèi)人員取暖、玻璃除霜或除霧。因純電動(dòng)汽車上沒有了發(fā)動(dòng)機(jī)，改由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，也就沒有了冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的熱水來給駕駛室采暖。為降低開發(fā)成本，這些電動(dòng)汽車暖風(fēng)控制系統(tǒng)將原暖風(fēng)機(jī)中的水暖散熱器用PTC加熱器來代替，而原車型中的機(jī)械式暖風(fēng)空調(diào)控制面板、風(fēng)道、空調(diào)制冷芯體及暖風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)等均不變，從而組成電動(dòng)汽車的冷暖空調(diào)系統(tǒng)。某公司的電動(dòng)汽車PTC暖風(fēng)機(jī)處于暖風(fēng)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)簡圖。此時(shí)冷暖轉(zhuǎn)換風(fēng)門旋到了最上方，鼓風(fēng)電機(jī)吹出的風(fēng)全部吹過PTC加熱器，因此為暖風(fēng)狀態(tài)。若操作暖風(fēng)空調(diào)控制面板將冷暖轉(zhuǎn)換風(fēng)門旋到最下方，此時(shí)冷暖轉(zhuǎn)換風(fēng)門將PTC加熱器的進(jìn)風(fēng)口完全堵死，熱風(fēng)吹不出，暖風(fēng)機(jī)吹出的為冷風(fēng)（或空調(diào)狀態(tài)）?？梢钥吹剑道滹L(fēng)時(shí)冷暖轉(zhuǎn)換風(fēng)門離PTC加熱器表面距離較近（不足10mm）。這種結(jié)構(gòu)的暖風(fēng)機(jī)在國內(nèi)輕型載貨汽車和電動(dòng)物流車中有一定的使用量。

三、改進(jìn)前電動(dòng)汽車PTC暖風(fēng)缺陷分析及存在的隱患

經(jīng)分析、試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：因冷風(fēng)狀態(tài)時(shí)冷暖轉(zhuǎn)換風(fēng)門離PTC加熱器表面距離較近，在正常采暖狀態(tài)時(shí)，PTC加熱器正常工作，鼓風(fēng)電機(jī)持續(xù)散熱，暖風(fēng)機(jī)工作正常;但在PTC加熱器電路處于加熱接通狀態(tài)而冷暖轉(zhuǎn)換風(fēng)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(fēng)空調(diào)面板由采暖位置旋至制冷位置，此時(shí)冷暖轉(zhuǎn)換風(fēng)門旋到了最下位置，而忘了關(guān)掉暖風(fēng)加熱開關(guān)或風(fēng)速開關(guān)等），此時(shí)鼓風(fēng)電機(jī)雖然仍在工作，但鼓風(fēng)電機(jī)吹出的風(fēng)未穿過還在工作的PTC加熱器而直接從冷暖轉(zhuǎn)換風(fēng)門上部吹走，此時(shí)PTC加熱器表面并沒有風(fēng)或吹過的散熱風(fēng)量較小，因此PTC加熱器溫度較高（試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)此時(shí)PTC加熱器溫度可達(dá)135℃以上）;或在使用暖風(fēng)時(shí)，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(chǎn)生余熱使其表面溫度仍然較高，而熱風(fēng)又不能吹走，超過了塑料冷暖轉(zhuǎn)換風(fēng)門的承受溫度，工作一段時(shí)間后會(huì)導(dǎo)致塑料冷暖轉(zhuǎn)換風(fēng)門逐漸熔化變軟、再變形的情況發(fā)生。且因供應(yīng)商提供的PTC雙金屬片溫控開關(guān)使用壽命僅為6000次左右，一旦超過使用壽命，溫控開關(guān)觸點(diǎn)發(fā)生粘連，在上述無風(fēng)狀態(tài)時(shí)，PTC加熱器的表面溫度會(huì)達(dá)到250℃左右的居里溫度，成為電動(dòng)汽車的一種火災(zāi)隱患。

四、PTC加熱系統(tǒng)目前主要研究的應(yīng)用

1.對汽車駕駛員倉進(jìn)行加熱

利用PTC加熱系統(tǒng)對乘員艙進(jìn)行加熱的過程中需要的工具十分簡單，只需要一個(gè)電子水泵，一個(gè)暖風(fēng)芯體和一個(gè)儲(chǔ)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(jìn)入儲(chǔ)液室，接受PTC裝置所傳遞過來的熱量，儲(chǔ)液室內(nèi)的水再進(jìn)入暖風(fēng)芯體，通過暖風(fēng)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(dāng)中。同時(shí)輸液室當(dāng)中的水流經(jīng)駕駛員艙之后，這些液體再重新流回到儲(chǔ)液室當(dāng)中，從而形成了一個(gè)完整的工作循環(huán)。同時(shí)由于PTC加熱系統(tǒng)是水加熱的系統(tǒng)類型，并不會(huì)產(chǎn)生過多的有害氣體，同時(shí)也不會(huì)燃燒過多的能源，只需要一點(diǎn)電能即可，所以這也極大地符合我們對于環(huán)境保護(hù)的要求。

2.對電池進(jìn)行預(yù)熱

由于汽車的電池是在一定的工作環(huán)境下運(yùn)行，才能夠發(fā)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(xiàn)有的電動(dòng)汽車來說，都將很大程度上降低了汽車的工作效率，是一個(gè)極難解決的問題。所以面對這個(gè)問題，我們特別需要的是在啟動(dòng)汽車之前對電池進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)保證整個(gè)汽車的工作系統(tǒng)能夠正常的進(jìn)行工作。而通過一系列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)電動(dòng)汽車的電池活性值保持最高的時(shí)候，溫度在10攝氏度到30攝氏度之間。一旦偏離這個(gè)溫度范圍，汽車的電池內(nèi)的活性就會(huì)急劇的下降，嚴(yán)重的影響工作效率。這時(shí)候，PTC加熱系統(tǒng)能夠利用水熱系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量對電池進(jìn)行預(yù)熱。同時(shí)我們也可以通過在PTC加熱系統(tǒng)過程中的循環(huán)控制，以達(dá)到在電池處于低溫環(huán)境時(shí)能夠在啟動(dòng)之前進(jìn)行有效的預(yù)熱，提高它的工作效率。

3.與汽車的熱泵系統(tǒng)聯(lián)合

使用在冬季對于電動(dòng)汽車內(nèi)部駕駛艙以及各部位的功能過程中，相當(dāng)一部分汽車采用的是熱泵加熱系統(tǒng)進(jìn)行供暖。但是在熱泵供熱系統(tǒng)工作的時(shí)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(dāng)溫度低于4攝氏度以下時(shí)，熱泵供暖系統(tǒng)的工作效率就會(huì)急劇下降。也就是說它完全不能夠保證在低溫狀態(tài)下汽車駕駛艙內(nèi)的溫度，這樣一來，如果將PTC加熱系統(tǒng)和熱泵供熱系統(tǒng)進(jìn)行緊密的工作聯(lián)系，那么將很大程度上緩解熱泵系統(tǒng)不能在低溫環(huán)境下對汽車駕駛艙進(jìn)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(shù)和汽車的熱泵系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合使用，提高汽車的使用效率和工作性能。

總結(jié)

綜上所述，在面對當(dāng)前世界對于環(huán)境保護(hù)，可持續(xù)發(fā)展的共同追求，電動(dòng)汽車PTC加熱系統(tǒng)的研究應(yīng)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行更深入的研究，但在電動(dòng)汽車上使用卻出現(xiàn)問題，原因?yàn)樵谌加推嚭碗妱?dòng)汽車上的暖風(fēng)工作溫度不一樣。因此，同一產(chǎn)品在不同車型上借用前應(yīng)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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