电动车暖风系统(PTC电加热器)简介

1．PTC电加热器简介

PTC是Positive Temperature Coefficient 的缩写,意思是正的温度系数,泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻,简称PTC热敏电阻.PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻,超过一定的温度(居里温度)时,它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。

汽车用PTC电加热器

2．功能原理

陶瓷材料通常用作高电阻的优良绝缘体,而陶瓷PTC热敏电阻是以钛酸钡为基,掺杂其它的多晶陶瓷材料制造的,具有较低的电阻及半导特性。通过有目的的掺杂一种化学价较高的材料作为晶体的点阵元来达到的:在晶格中钡离子或钛酸盐离子的一部分被较高价的离子所替代,因而得到了一定数量产生导电性的自由电子。对于PTC热敏电阻效应,也就是电阻值阶跃增高的原因,在于材料组织是由许多小的微晶构成的,在晶粒的界面上,即所谓的晶粒边界(晶界)上形成势垒,阻碍电子越界进入到相邻区域中去,因此而产生高的电阻.这种效应在温度低时被抵消: 在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动。而这种效应在高温时,介电常数和极化强度大幅度地降低,导致势垒及电阻大幅度地增高,呈现出强烈的PTC效应。

■ PTC热敏电阻与温度的依赖关系（R-T特性)

■风速与功率关系

一般在无风状态下，施加额定电压运行 1000 小时后的功率衰减率来加以衡量，要求功率衰减率应≤ 8 ％。

3．结构示意图

4．PTC加热器的特点

采用PTC陶瓷发热体制造的暖风机具有优异的调温与节能特性、极低的热惯性和无明火、无辐射的安全性，良好的抗振性等优点。PTC暖风机之所以节能是因为它的输出功率会随环境温度的升高而明显降低，在风量不变情况下当加温使环境温度上升时PTC功率已下降，这一特征在一定程度上起到了功率自动调节的作用，从另一方面来讲，也可以理解为室温越代，PTC输出功率越大，加温也就越迅速。

随着室温升高，PTC输出功率逐步下降，升温效果也就越趋缓慢。

功率密度大也是PTC暖风机的显著特片之一。PTC暖风机采用强制对流方式加热室温，因为强制对流空气的传热系数是自然对流的几十倍，所以传递同样热量所需的换热面积就可以小到几十分之一，一个100—120W的PTC组件可以作到24×15×2.2mm3这样小的体积，这正是同等功率情况下，PTC暖风机可以做得小巧轻便的关键所在，它的体积和重量可以小到同功率电热油汀的五分之一左右。

老化衰减是衡量PTC暖风机质量的最主要参数之一，PTC元件使用的前400个小时老化速度最快，而后日趋平缓，在连续工作1000个小时后，好的PTC元件输出功率约衰减10%左右，其后趋于平稳，这对PTC暖风机的加热功能影响不大。影响PTC老化衰减的因素很多，居里点偏高是其主要原因，居里点越高老化越快，部份杂牌厂家为节约成本和片面追求高功率，往往选用T C≥260℃的PTC元件制作发热器使用初期似乎没有问题，但随着时间的推移，老化衰减则很明显。

恒温加热PTC热敏电阻具有恒温发热特性,其原理是PTC热敏电阻加电后自热升温使阻值进入跃变区,恒温加热PTC热敏电阻表面温度将保持恒定值,该温度只与PTC热敏电阻的居里温度和外加电压有关,而与环境温度基本无关。

恒温加热PTC热敏电阻可制作成多种外形结构和不同规格,常见的有圆片形、长方形、长条形、圆环以及蜂窝多孔状等.把上述PTC发热元件和金属构件进行组合可以形成各种形式的大功率PTC加热器。

PTC加热器按传导方式分类：

(1)以热传导为主的PTC陶瓷加热器，其特点是通过PTC发热元件表面安装的电极板(导电兼传热)绝缘层(隔电兼传热)导热蓄热板(有的还附加有导热胶)等多层传热结构,把PTC元件发出的热量传到被加热的物体上.

(2)以所形成的热风进行对流式传热的各种PTC陶瓷热风器，其特点是输出功率大,并能自动调节吹出风温和输出热量.

(3)红外线辐射加热器，其特点实际利用PTC元件或导热板表面迅速发出的热量直接或间接地激发接触其表面的远红外涂料或远红外材料使之辐射出红外线,便构成了PTC陶瓷红外辐射加热器.

种类：

电动车空调系统的工作效率和其利用率对续航里程的影响很大,特别是暖风的利用会更多的消耗电能,而对汽油发动机的轿车来说由于暖风直接采用发动机的散热，因此通常冷风的耗能会比暖风大一些。电动车的暖风其实是通过暖风装置将动力电池的电能转化为热能的过程，目前的多数电动车都在使用PTC（Positive Temperature Coefficient）暖风装置，而PTC暖风装置又可细分为直接加热空气或加热冷却循环水后再发热两种形式。例如，三菱汽车开发的i‐MiEV使用PTC暖风装置加热冷却循环水，而日产在2010年汽车展览会发布的leaf采用了直接用PTC加热空气的方式。

蒸发器

风箱

暖风调节

暖风

冷风

冷风调节

冷凝器

压缩机

电磁阀 图2 EV 热泵系统

冷媒

压缩机 冷风

暖风

制热能力=吸热量+动力

调节器

四通阀

图1制热泵工作循环及系统组成

焓（热容）-h

调节器

冷凝器