СутьНагреватель EV PTCДанная система основана на материальных характеристиках терморезистора с положительным температурным коэффициентом (PTC), в сочетании с высоковольтной системой электропитания и схемой терморегулирования электромобилей для обеспечения обогрева. По сути, электрическая энергия напрямую преобразуется в тепловую энергию, а затем передается в салон или аккумулятор через среду (охлаждающую жидкость/воздух). Система обладает самоограничивающими и саморегулирующими свойствами на протяжении всего процесса, без необходимости использования дополнительных сложных устройств контроля температуры, что делает ее эффективным и безопасным решением для обогрева электромобилей.
Весь процесс разделен на два уровня: основные принципы использования материалов и фактический рабочий процесс для применения в автомобильной промышленности. Последний может незначительно отличаться в зависимости от сценария применения (обогрев салона/обогрев батареи). Основным направлением применения в автомобильной промышленности является...жидкостно-охлаждаемые PTC-нагреватели(теплообмен с охлаждающей жидкостью), а для обогрева салона используется небольшое количество воздухонагревателей PTC (прямой теплообмен с воздухом). Далее поясняются следующие моменты:
1. Основные принципы: принцип нагрева и самоограничения температуры терморезистора с положительным температурным коэффициентом (PTC).
Основной нагревательный элементPTC-нагревательЭто керамический лист PTC (полупроводниковая керамика на основе титаната бария, легированная следовыми количествами редкоземельных элементов), который является основой всех его характеристик:
Нагрев: керамические чипы PTC образуют проводящие пути с внутренними проводящими зернами при номинальном напряжении (высоковольтное постоянное напряжение для автомобильной промышленности, например, 300 В+/400 В+), генерируя джоулево тепло при прохождении тока, обеспечивая прямое преобразование электрической энергии в тепловую с высокой эффективностью нагрева (близкой к 100%, без потерь при преобразовании энергии);
Самоограничивающая температура (основная характеристика): Когда температура керамических PTC-чипов не достигает температуры Кюри (критической температуры материалов, обычно 120-180 ℃ для автомобильной промышленности), значение сопротивления очень мало, и происходит непрерывный нагрев высоким током и мощностью, что приводит к быстрому повышению температуры;
Как только температура превысит температуру Кюри, внутренний проводящий путь быстро разорвётся, и сопротивление будет экспоненциально возрастать (до 10³~10⁶ раз по сравнению с сопротивлением при комнатной температуре). Согласно закону Ома (P=U²/R), при постоянном напряжении мощность нагрева резко снизится, а скорость нагрева будет ниже скорости рассеивания тепла. Температура естественным образом стабилизируется вблизи температуры Кюри и перестанет расти, предотвращая перегрев и выгорание из-за сухого горения.
Самовосстановление: Когда температура падает ниже температуры Кюри из-за рассеивания тепла (например, из-за потока охлаждающей жидкости/воздуха), сопротивление быстро восстанавливается до низкого значения, возобновляется мощный нагрев, и достигается динамическая саморегуляция мощности нагрева.
2. Основное решение для автомобильной промышленности: принцип работы жидкостно-охлаждаемого PTC-нагревателя (универсальный для обогрева салона/аккумулятора).
Более 90% электромобилей используют жидкостные PTC-нагреватели высокого давления с охлаждением (компактная конструкция, равномерный теплообмен, подходят для контура подачи теплого воздуха в салон и контура регулирования температуры батареи), интегрированные в контур циркуляции охлаждающей жидкости электромобилей. Обогрев салона и батареи осуществляется только путем переключения между различными контурами одной и той же системы PTC-обогрева. Основной процесс одинаков и состоит из четырех этапов:
Запуск от источника питания: Блок управления автомобилем (VCU) посылает сигнал запуска на PTC-нагреватель на основе команды системы кондиционирования салона/сигнала датчика температуры батареи (если батарею необходимо нагреть ниже 5 ℃), и одновременно подключает цепь питания высоковольтной батареи автомобиля. Высоковольтное постоянное напряжение подается на PTC-нагревательный элемент;
Преобразование электричества в тепло: керамические пластины PTC быстро генерируют тепло под действием высокого напряжения, достигая рабочей температуры в течение нескольких секунд, и тепло передается в камеру теплоотвода/теплообменную трубку нагревателя PTC;
Теплообмен охлаждающей жидкости: Электронный водяной насос системы терморегулирования автомобиля обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в теплообменных трубках PTC-нагревателя. После поглощения тепла от PTC-нагревательного элемента охлаждающая жидкость становится высокотемпературной (обычно 40-60 ℃, регулируется в зависимости от потребности);
Теплопередача
Обогрев салона: Высокотемпературная охлаждающая жидкость поступает в теплообменник внутри автомобиля, а вентилятор системы кондиционирования воздуха проталкивает холодный воздух через теплообменник. Холодный воздух поглощает тепло охлаждающей жидкости и превращается в горячий воздух, который затем подается в салон через воздуховыпускное отверстие для обогрева салона;
Нагрев батареи: Высокотемпературная охлаждающая жидкость поступает непосредственно в контур водяного охлаждения пластины/теплообменника силового аккумуляторного блока и равномерно нагревает аккумуляторный модуль за счет теплопроводности, повышая температуру батареи до подходящего диапазона зарядки и разрядки (обычно 10-35 ℃), решая проблемы снижения ресурса при низких температурах и ограничения времени зарядки и разрядки.
Дополнение: После завершения теплообмена охлаждающей жидкости ее температура понижается, и она возвращается к PTC-нагревателю по трубопроводу, чтобы снова поглотить тепло, образуя замкнутый цикл и обеспечивая непрерывный нагрев; когда салон/аккумулятор достигают заданной температуры, блок управления двигателем отключает высоковольтное питание PTC-нагревателя и прекращает нагрев.
3. Решение для малых масштабов: Схема работы PTC-нагревателя с ветровым нагревом (используется только для частичного обогрева салона).
В некоторых микроэлектромобилях и моделях начального уровня для обогрева салона будут использоваться PTC-нагреватели с воздушным охлаждением (без теплообмена с охлаждающей жидкостью, с прямым нагревом воздуха), имеющие более простую конструкцию и основной технологический процесс:
Высоковольтный керамический нагревательный элемент PTC напрямую генерирует тепловую энергию;
Вентилятор кондиционера обдувает поверхность PTC-нагревателя холодным воздухом, и холодный воздух напрямую обменивается теплом с высокотемпературной керамической пластиной PTC, превращаясь в горячий воздух;
Горячий воздух подается непосредственно в салон через воздуховыпускное отверстие для быстрого обогрева.
Недостатки: неравномерная передача тепла, склонность к локальному нагреву воздуха, а также прямой контакт нагревательного элемента с воздухом, что требует повышенной пыле- и водостойкости. Поэтому он используется только в недорогих малолитражных автомобилях, а жидкостное охлаждение применяется в электромобилях среднего и высокого класса.
Дата публикации: 30 января 2026 г.
