PTCR加熱總成在汽車空調(diào)系統(tǒng)中的性能分析

匡嬌 許偉康 羅穎

（上汽通用五菱汽車股份有限公司）

隨著新能源汽車的發(fā)展和人們對汽車內(nèi)部舒適度的追求，PTCR（正溫度系數(shù)熱敏電阻）加熱總成已成為汽車空調(diào)加熱系統(tǒng)中不可缺少的部分，其特點是加熱速度快、功率自我調(diào)節(jié)及安全可靠性高。汽車空調(diào)PTCR加熱系統(tǒng)加熱功率受風(fēng)量、風(fēng)阻、進風(fēng)溫度以及PTCR芯片本身居里溫度的影響較大，文章著重討論了風(fēng)量對PTCR加熱總成性能的影響。

1 PTCR的電阻-溫度（R-T）特性

電阻-溫度（R-T）特性簡稱為阻-溫特性，是指在規(guī)定的電壓下，PTCR的零功率電阻值與電阻體溫度之間的關(guān)系。其中零功率電阻值，是指在某個規(guī)定的溫度下測量PTCR所得的電阻值，測量時應(yīng)當(dāng)確保該電阻器的功耗相對于其本身功耗引起的電阻值變化幅度可以忽略的程度[1]。

圖1示出PTCR的阻-溫特性曲線。圖1中Tmin和Tmax分別為PTCR元件最小零功率電阻值（Rmin）和最大零功率電阻值（Rmax）對應(yīng)的溫度。R25為25℃室溫下的零功率電阻值。Tc表示居里溫度，是PTCR阻值為2倍Rmin時（Rc）對應(yīng)的溫度，此溫度值是PTCR元件的重要參數(shù)之一。Tp為平衡點溫度，Rp為平衡點電阻值，即對PTCR施加最大工作電壓時，電阻體溫度平衡時所具有的電阻值。R-T特性是PTCR最重要的特性之一，PTCR作為恒溫發(fā)熱元器件利用的就是此特性[2]。

2 PTCR加熱器的原理及其特性

PTCR的發(fā)熱功率計算公式為[3]：

式中：P——PTCR的發(fā)熱功率，W；

C——放熱系數(shù)；

T0——PTCR工作時溫度，℃；

Ta——環(huán)境溫度，℃；

C0——靜止空氣的熱系數(shù)；

h——與發(fā)熱體及散熱器形狀有關(guān)的常數(shù)；

v——通過發(fā)熱體的風(fēng)速，m/s。

從式中可以看出，在PTCR加熱器形狀和風(fēng)速一定的情況下，PTCR加熱器的功率只與外部環(huán)境溫度有關(guān)。而隨著加熱器的工作，外部環(huán)境溫度是逐漸升高的，加熱器的功率會不斷降低，這就是PTCR加熱器的功率自我調(diào)節(jié)功能，因此具有節(jié)能的特點。

3 測試結(jié)果及討論

本次試驗采用的汽車空調(diào)PTCR加熱總成迎風(fēng)面積為176mm×140mm，Tc=185℃，測試電壓為DC336 V。

3.1 PTCR總成出風(fēng)溫度與進風(fēng)溫度及風(fēng)量的關(guān)系

圖2示出不同風(fēng)量下PTCR加熱器進出風(fēng)溫度。出風(fēng)溫度對汽車空調(diào)其他材料的使用有較大的影響，是汽車空調(diào)系統(tǒng)中重要的安全參數(shù)。從圖2中可以看出，隨著進風(fēng)溫度的升高，PTCR總成出風(fēng)口溫度逐漸升高；在同一進風(fēng)溫度下，隨著進風(fēng)量的增大，PTCR總成出風(fēng)溫度逐漸降低，說明換熱更加明顯。

3.2 PTCR總成風(fēng)阻與進風(fēng)溫度及風(fēng)量的關(guān)系

圖3示出不同風(fēng)量和溫度下的PTCR發(fā)熱器風(fēng)阻。

風(fēng)阻是PTCR總成中重要的參數(shù)，風(fēng)阻越大，在一定時間內(nèi)，透過發(fā)熱器的風(fēng)量越少，帶走的能量越少，因此在設(shè)計PTCR加熱總成時，要充分考慮加熱器外形對風(fēng)阻的影響。從圖3中可以看出，隨著進風(fēng)溫度的升高，風(fēng)阻逐漸降低，在0℃以后，逐漸趨于穩(wěn)定。從圖3中還可以看出，隨著進風(fēng)量的增大，風(fēng)阻逐漸增大。

3.3 PTCR總成加熱功率與進風(fēng)溫度及風(fēng)量的關(guān)系

圖4示出不同風(fēng)量和溫度下PTCR功率。從圖4中可以看出，隨著進風(fēng)溫度的降低，PTCR加熱功率不斷增加，0℃以后，功率增長明顯；在同一進風(fēng)溫度下，風(fēng)量越大，PTCR加熱總成加熱功率越大，但是隨著風(fēng)量的不斷增大，PTCR功率逐漸趨于相同。

3.4 PTCR總成加熱功率與PTCR芯片居里溫度的關(guān)系

PTCR芯片的居里溫度是決定PTCR總成加熱功率的重要參數(shù)之一，在滿足功率要求的前提下，選擇低居里溫度的PTCR芯片，是PTCR加熱總成安全的保障之一。圖5示出在PTCR元件數(shù)量一定的情況下，不同居里溫度PTCR總成在進風(fēng)溫度0℃，進風(fēng)量為400 m3/h時的加熱功率數(shù)據(jù)。

從圖5中可以看出，隨著PTCR芯片居里溫度的升高，PTCR加熱總成加熱功率不斷增加。

3.5 PTCR總成出風(fēng)溫度與PTCR居里溫度的關(guān)系

PTCR總成出風(fēng)溫度與散熱器的結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)，但是決定出風(fēng)溫度的主要是PTCR總成中PTCR的居里溫度。圖6示出在PTCR元件數(shù)量一定的情況下，不同居里溫度PTCR總成在進風(fēng)溫度為0℃，進風(fēng)量為400 m3/h時的出風(fēng)溫度。從圖6中可以看出，在同一進風(fēng)溫度和進風(fēng)量的條件下，隨著PTCR芯片居里溫度的升高，PTCR總成出風(fēng)口溫度不斷升高。

4 結(jié)論

1）在一定風(fēng)量下，汽車空調(diào)PTCR加熱器總成的加熱功率隨著進風(fēng)溫度的升高而降低；

2）在進風(fēng)溫度一定的條件下，汽車空調(diào)PTCR加熱器總成的加熱功率隨著進風(fēng)量的增大而增大，當(dāng)風(fēng)量達到某一值后，PTCR加熱功率趨于穩(wěn)定；

3）在進風(fēng)溫度和風(fēng)量一定的條件下，汽車空調(diào)PTCR加熱器總成的加熱功率隨著PTCR芯片居里溫度的升高而增加；

4）在PTCR居里溫度和進風(fēng)量一定的情況下，汽車空調(diào)PTCR加熱器總成的風(fēng)阻隨著進風(fēng)溫度的升高而降低。