ЯдроPTC-обігрівач для електромобілівспирається на матеріальні характеристики PTC-термістора з позитивним температурним коефіцієнтом у поєднанні з високовольтною системою живлення та схемою терморегуляції електромобілів для досягнення обігріву. По суті, електрична енергія безпосередньо перетворюється на теплову енергію, а потім передається до салону або акумулятора через середовище (охолоджувальну рідину/повітря). Він має характеристики самообмеження та саморегуляції протягом усього процесу, без потреби в додаткових складних пристроях контролю температури, що робить його ефективним та безпечним рішенням для обігріву автомобілів на нових джерелах енергії.
Загальний процес поділяється на два рівні: принципи основних матеріалів та фактичний робочий процес для автомобільного використання. Останній може дещо відрізнятися залежно від сценарію застосування (обігрів салону/обігрів акумулятора). Основним напрямком автомобільного використання єрідинноохолоджені PTC-нагрівачі(теплообмін охолоджуючої рідини), тоді як для опалення салону використовуються повітряні PTC-обігрівачі (прямий повітряний теплообмін). Відповідно пояснюються наступні положення:
1. Основне ядро: Принцип нагрівання та самообмеження температури PTC-термістора
Основний нагрівальний елементPTC-нагрівачце керамічний лист PTC (напівпровідникова кераміка на основі титанату барію, легована слідами рідкісноземельних елементів), який є основою всіх його характеристик:
Нагрівання: керамічні мікросхеми PTC утворюють провідні доріжки з внутрішніми провідними зернами за номінальної напруги (висока напруга постійного струму для автомобільного використання, така як 300 В+/400 В+), генеруючи джоулеве тепло під час проходження струму, забезпечуючи пряме перетворення електричної енергії в теплову з високою ефективністю нагріву (майже 100%, без втрат енергії при перетворенні);
Самообмежувальна температура (характеристика ядра): коли температура керамічних мікросхем PTC не досягає температури Кюрі (критична температура матеріалів, зазвичай 120-180 ℃ для автомобільного використання), значення опору дуже мале, і відбувається безперервний високий струм та нагрівання високою потужністю, що призводить до швидкого підвищення температури;
Як тільки температура перевищить температуру Кюрі, внутрішній провідний шлях швидко розірветься, а опір зросте експоненціально (до 10 ³~10 ⁶ разів більше, ніж опір за кімнатної температури). Згідно із законом Ома (P=U²/R), за постійної напруги потужність нагріву різко зменшиться, а швидкість нагрівання буде нижчою за швидкість розсіювання тепла. Температура природним чином стабілізується поблизу температури Кюрі та не продовжуватиме зростати, уникаючи сухого вигоряння та перегріву з самого початку;
Самовідновлення: Коли температура падає нижче температури Кюрі через розсіювання тепла (наприклад, потоку охолоджувальної рідини/повітря), опір швидко відновлюється до стану низького опору, відновлює потужний нагрів та досягає динамічного саморегулювання температурної потужності.
2. Основне рішення для автомобільного використання: Робочий процес рідинно-охолодженого PTC-обігрівача (універсального для обігріву салону/акумулятора)
Понад 90% електромобілів використовують високотискні рідинно-охолоджувані PTC-обігрівачі (компактна конструкція, рівномірний теплообмін, підходить для контуру обігріву салону та контуру контролю температури акумулятора), інтегровані в контур циркуляції охолоджувальної рідини транспортних засобів на нових джерелах енергії. Обігрів салону та акумулятора досягається лише шляхом перемикання між різними контурами однієї й тієї ж системи PTC-обігріву. Основний процес однаковий і розділений на чотири етапи:
Запуск живлення: Блок керування автомобілем (VCU) надсилає сигнал запуску до нагрівача PTC на основі сигналу датчика температури салонного кондиціонера/акумулятора (якщо акумулятор потрібно нагріти нижче 5 ℃) та одночасно підключає ланцюг живлення високовольтного акумулятора автомобіля. Високовольтний постійний струм подається на нагрівальний елемент PTC;
Перетворення електроенергії в тепло: керамічні пластини PTC швидко генерують тепло під дією струму високої напруги, досягаючи робочої температури за лічені секунди, і тепло передається до камери тепловіддачі/теплообмінної трубки PTC-нагрівача;
Теплообмін охолоджувальної рідини: Електронний водяний насос системи терморегулювання автомобіля забезпечує циркуляцію охолоджувальної рідини в теплообмінних трубках PTC-обігрівача. Після поглинання тепла від нагрівального елемента PTC охолоджувальна рідина перетворюється на високотемпературну охолоджувальну рідину (зазвичай 40-60 ℃, регулюється залежно від потреб);
Теплопередача
Обігрів салону: Високотемпературний охолоджувач подається в теплий повітряний ядро всередині автомобіля, а вентилятор кондиціонера автомобіля проштовхує холодне повітря через теплий повітряний ядро. Холодне повітря поглинає тепло охолоджувача та перетворюється на гаряче повітря, яке потім подається в автомобіль через випускний отвір для обігріву салону;
Нагрівання акумулятора: Високотемпературний охолоджувач подається безпосередньо в контур водяного охолодження пластин/теплообмінника акумуляторного блоку та рівномірно нагріває акумуляторний модуль за допомогою теплопровідності, підвищуючи температуру акумулятора до відповідного діапазону заряджання та розряджання (зазвичай 10-35 ℃), вирішуючи проблеми низькотемпературної деградації витривалості та обмеженого заряджання та розряджання.
Додаток: Після завершення теплообміну охолоджуючою рідиною температура знижується, а потім вона повертається до нагрівача PTC через трубопровід, щоб знову поглинати тепло, утворюючи замкнутий цикл та безперервно нагріваючи; Коли температура салону/акумулятора досягає цільової температури, VCU відключає високовольтне живлення PTC та припиняє нагрівання.
3. Рішення для малого масштабу: Робочий процес вітрового PTC-обігрівача (використовується лише для часткового обігріву кабіни)
Опалення салону деяких мікроелектричних транспортних засобів та моделей нижчого класу використовуватиме повітряно-охолоджувані PTC-обігрівачі (без теплообміну охолоджувальної рідини, безпосередній нагрів повітря), з простішою структурою та основним процесом:
Високовольтний керамічний нагрівальний елемент PTC безпосередньо генерує теплову енергію;
Вентилятор кондиціонера видуває холодне повітря над поверхнею нагрівального елемента PTC, і холодне повітря безпосередньо обмінюється теплом з високотемпературною керамічною пластиною PTC, перетворюючись на гаряче повітря;
Гаряче повітря подається безпосередньо в салон через випускний отвір для швидкого нагрівання.
Недоліки: нерівномірна теплопередача, схильність до локального нагрівання повітря та безпосередній контакт нагрівального елемента PTC з повітрям, що вимагає підвищеної пило- та водостійкості. Тому він використовується лише для недорогих моделей невеликих автомобілів, а рідинне охолодження — для автомобілів середнього та високого класу з новими енергоспоживаннями.
Час публікації: 30 січня 2026 р.
