新能源汽車空調PTC技術及市場

新能源汽車空調PTC技術及市場 

相較于傳統汽車熱管理系統，新能源汽車熱管理系統與之的差別一是管理對象從座艙延伸到電池、電機電控等領域，二是其功能從單純的降溫延伸到保溫、制熱功能。因此，相較于傳統汽車，新能源汽車熱管理系統新增了電子水泵、電動壓縮機、電子膨脹閥或四通閥、冷卻板及制熱系統（熱泵或PTC 系統）等。

新能源汽車空調系統方案，燃油汽車空調系統的暖風熱源主要由發動機冷卻液提供，而電動汽車的暖風系統與之不同。電動汽車空調系統暖風常見的方案如下：

①熱泵。由傳動帶驅動的直流無刷電動機的電動汽車熱泵式空調系統工作原理如圖所示?？照{系統的制冷/制熱模式由四通換向閥轉換，實線箭頭表示制冷工況，虛線箭頭表示制熱工況。從原理上講，該系統與普通的熱泵空調并無區別，但是用于電動汽車上，其專門開發了雙工作腔滑片壓縮機、直流無刷電動機和逆變器控制系統。在熱泵工況下，系統從融霜模式轉為制熱模式時，風道內換熱器上的冷凝水將迅速蒸發，在風窗玻璃上結霜，影響駕駛的可靠性。

②PTC電加熱器是采用PTC熱敏電阻元件為發熱源的一種加熱器。PTC熱敏電阻通常是用半導體材料制成的，它的電阻隨濕度變化而急劇變化，當外界溫度降低，PTC電阻值隨之減小，發熱量反而會相應增加。按材質可以分為陶瓷PTC熱敏電阻和有機高分子PTC熱敏電阻。用于空調輔助電加熱器的是陶瓷PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻元件因具有隨環境溫度高低的變化，其電阻值隨之增加或減小的變化特性，所以PTC加熱器具有節能、恒溫和使用壽命長等特點。

 1  電動汽車熱泵式空調系統原理

空調輔助電加熱器可以分為粘接式陶瓷PTC加熱器和金屬PTC管狀加熱器。粘接式陶瓷PTC加熱器是將多個陶瓷PTC芯片及鋁波紋散熱片用耐高溫樹脂膠粘接在一起的加熱器，其散熱性好，電氣性能穩定。其中粘接式陶瓷PTC加熱器又分為加熱器表面帶電型和加熱器表面不帶電型。

金屬PTC管狀加熱器采用進口鎳鐵合金絲為發熱材料，發熱管外鑲鋁散熱片，其散熱效果非常好。加熱器配用溫度控制器和熱熔斷器，使產品使用放心可靠。這種加熱器具有PTC材料的良好特性，一些空調均采用此類加熱器作為輔助加熱。

③余熱+輔助PTC。利用大功率器件(功率變換、驅動電機、電機控制器等)工作時產生的熱量，對車內環境進行熱交換。當熱量不足時，啟用輔助PTC加熱器。

新能源汽車空調能耗占整車能耗百分之十五以上；PTC熱電阻加熱供暖方式能耗很大，熱泵技術節能效果明顯，成為替代PTC的應用趨勢。國外的寶馬、三菱、日產都開始采用電動渦旋壓縮機的技術來進行采用，目前國內現在也有部分車型的采用，但是現在的技術水平還是處于單機的水平。

對于熱泵技術，進一步提升功率密度，降低工作溫度是下一步研發的工程，也是節能重要的手段。

電動空調加熱器PTC原理

PTC電加熱器是一種自動控溫、省電的加熱器，它是以PTC熱敏陶瓷元件為發熱源，以鋁合金制成的波紋片為散熱器，經粘、焊而組成的發熱器。

電動空調加熱器PTC一般包括MCU處理器、功率模塊Mosfet/IGBT、隔離預驅和電流檢測傳感器等?？刂葡到y通過溫度傳感器將溫度信息傳至MCU，通過與按鍵輸入的目標溫度對比MCU根據溫度差按預先設定程序不斷調節加熱器功率，使車內溫度達到設定溫度水平并且在液晶屏上實時顯示車內溫度和設定溫度。

電動空調加熱器PTC系統

PTC加熱器包括PT風加熱器和PTC液體加熱器兩種。由于PTC液體加熱器可布置在機艙內，對現有汽車的空調系統可直接沿用，在電動汽車采暖系統上應用更廣泛。

 某典型PTC液體加熱器工作原理

 某典型PTC空氣加熱器工作原理

PTC應用前景

2009年電動汽車以來，采用PTC加熱器的居多。從前幾年上市的電動汽車（主要指乘用車）普遍使用PTC水加熱器系統或PTC風加熱器系統來實現采暖功能。

 PTC風加熱器

 PTC水加熱器

對于純電動車來說，一般使用PTC風加熱，此種方式只需要將傳統汽車空調暖風芯體替換為PTC風加熱器，再輔以必要的控制設備，就能直接運用到電動汽車上。插電式混合動力汽車一般使用PTC水加熱器，此種方式使用傳統汽車空調暖風芯體與PTC水加熱器串聯，通過PTC水加熱器的液體加熱后提供與空調暖風芯體，空氣通過暖風芯體被加熱使出風溫度升高后直接吹入車內，實現車內采暖功能.然而，PTC加熱冬天采暖時對動力電池的消耗大，嚴重縮短了電動汽車的續駛里程。因此目前很多解決方案采用熱泵系統實現空調制熱，熱效率可以得到顯著提高。

目前，國內電動汽車的空調系統方案現狀為：系統設計較為簡單，一方面受技術的影響，越復雜的系統，優化控制難度更大，熱泵系統在新能源汽車（乘用車）上的應用還處于研究及前期應用階段；另一方面，系統的復雜程度也會導致成本的增加。分析對比了國內外著重車型空調系統解決方案總結出，在空調采暖方面，國內電動車的開發多是基于傳統車來進行的改制，所以較多使有PTC加熱冷卻液的方式來進行空調系統的開發。所以PTC液體加熱器是一直以來是主要的解決方案。

隨著電控技術在熱管理上的大量使用，電動汽車熱管理開發會更注重考慮電動汽車整體特性，將熱管理與驅動系統熱管理聯合設計考慮將成為今后的著重趨勢。