Cốt lõi củaBộ gia nhiệt PTC EVHệ thống này dựa trên đặc tính vật liệu của điện trở nhiệt có hệ số nhiệt độ dương PTC, kết hợp với hệ thống nguồn điện cao áp và mạch quản lý nhiệt của xe điện để thực hiện việc sưởi ấm. Về cơ bản, năng lượng điện được chuyển đổi trực tiếp thành năng lượng nhiệt, sau đó được truyền đến khoang cabin hoặc pin thông qua môi chất (chất làm mát/không khí). Nó có đặc tính tự giới hạn và tự điều chỉnh trong suốt quá trình, không cần các thiết bị điều khiển nhiệt độ phức tạp bổ sung, làm cho nó trở thành một giải pháp sưởi ấm hiệu quả và an toàn cho xe năng lượng mới.
Quy trình tổng thể được chia thành hai lớp: nguyên tắc vật liệu cốt lõi và quy trình làm việc thực tế cho ứng dụng ô tô. Quy trình thứ hai có thể thay đổi đôi chút tùy thuộc vào kịch bản ứng dụng (sưởi ấm cabin/sưởi ấm pin). Quy trình chính cho ứng dụng ô tô là...bộ gia nhiệt PTC làm mát bằng chất lỏng(trao đổi nhiệt chất làm mát), trong khi một lượng nhỏ nhiệt lượng sử dụng cho cabin là các bộ sưởi PTC làm nóng bằng không khí (trao đổi nhiệt trực tiếp bằng không khí). Các phần sau đây được giải thích chi tiết:
1. Kiến thức cơ bản: Nguyên lý gia nhiệt và tự giới hạn nhiệt độ của điện trở nhiệt PTC
Bộ phận gia nhiệt chính củabộ gia nhiệt PTCTấm gốm PTC (gốm bán dẫn gốc bari titanat được pha thêm các nguyên tố đất hiếm vi lượng), đây chính là nguồn gốc của tất cả các đặc tính của nó:
Hệ thống gia nhiệt: Các chip gốm PTC tạo thành các đường dẫn điện với các hạt dẫn điện bên trong ở điện áp định mức (điện áp DC cao dùng trong ô tô, ví dụ như 300V+/400V+), tạo ra nhiệt Joule khi dòng điện chạy qua, đạt được sự chuyển đổi trực tiếp năng lượng điện thành năng lượng nhiệt với hiệu suất gia nhiệt cao (gần 100%, không có tổn thất năng lượng khi chuyển đổi);
Nhiệt độ tự giới hạn (đặc tính cốt lõi): Khi nhiệt độ của chip gốm PTC không đạt đến nhiệt độ Curie (nhiệt độ tới hạn của vật liệu, thường là 120-180 ℃ đối với ứng dụng trong ô tô), giá trị điện trở rất nhỏ, và dòng điện cao liên tục và công suất cao sẽ gây ra hiện tượng gia nhiệt, khiến nhiệt độ tăng nhanh;
Khi nhiệt độ vượt quá nhiệt độ Curie, đường dẫn dẫn điện bên trong sẽ nhanh chóng bị đứt, và điện trở sẽ tăng theo cấp số nhân (lên đến 10³~10⁶ lần điện trở ở nhiệt độ phòng). Theo định luật Ohm (P=U²/R), dưới điện áp không đổi, công suất tỏa nhiệt sẽ giảm mạnh, và tốc độ tỏa nhiệt sẽ thấp hơn tốc độ tản nhiệt. Nhiệt độ sẽ tự nhiên ổn định gần nhiệt độ Curie và sẽ không tiếp tục tăng, tránh hiện tượng cháy khô và quá nhiệt từ gốc;
Tự phục hồi: Khi nhiệt độ giảm xuống dưới nhiệt độ Curie do tản nhiệt (như luồng chất làm mát/không khí), điện trở sẽ nhanh chóng phục hồi về trạng thái điện trở thấp, tiếp tục gia nhiệt ở công suất cao và đạt được khả năng tự điều chỉnh động về công suất nhiệt độ.
2. Giải pháp phổ biến cho ngành ô tô: Quy trình hoạt động của bộ gia nhiệt PTC làm mát bằng chất lỏng (phổ biến cho việc sưởi ấm cabin/ắc quy)
Hơn 90% xe điện sử dụng bộ sưởi PTC làm mát bằng chất lỏng áp suất cao (cấu trúc nhỏ gọn, trao đổi nhiệt đồng đều, phù hợp với mạch khí nóng trong cabin và mạch điều khiển nhiệt độ pin), được tích hợp vào mạch tuần hoàn chất làm mát của xe năng lượng mới. Việc sưởi ấm cabin và pin chỉ được thực hiện bằng cách chuyển đổi giữa các mạch khác nhau của cùng một hệ thống sưởi PTC. Quá trình cốt lõi là giống nhau, được chia thành bốn bước:
Khởi động nguồn điện: Bộ điều khiển xe (VCU) gửi tín hiệu khởi động đến bộ gia nhiệt PTC dựa trên tín hiệu điều khiển điều hòa không khí trong cabin/tín hiệu cảm biến nhiệt độ pin (nếu cần làm nóng pin xuống dưới 5 ℃), đồng thời kết nối mạch cấp nguồn của pin cao áp của xe. Nguồn điện DC cao áp được cấp vào phần tử gia nhiệt PTC;
Chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng: Các tấm gốm PTC nhanh chóng tạo ra nhiệt dưới dòng điện cao áp, đạt đến nhiệt độ hoạt động trong vòng vài giây, và nhiệt lượng được truyền đến buồng tản nhiệt/ống trao đổi nhiệt của bộ gia nhiệt PTC;
Trao đổi nhiệt chất làm mát: Bơm nước điện tử của hệ thống quản lý nhiệt của xe sẽ đẩy chất làm mát tuần hoàn trong các ống trao đổi nhiệt của bộ gia nhiệt PTC. Sau khi hấp thụ nhiệt từ bộ phận gia nhiệt PTC, chất làm mát trở thành chất làm mát nhiệt độ cao (thường là 40-60 ℃, có thể điều chỉnh theo nhu cầu);
Truyền nhiệt
Hệ thống sưởi ấm cabin: Nước làm mát ở nhiệt độ cao chảy vào lõi khí ấm bên trong xe, và quạt gió của hệ thống điều hòa không khí trên xe đẩy không khí lạnh đi qua lõi khí ấm. Không khí lạnh hấp thụ nhiệt từ nước làm mát và trở thành không khí nóng, sau đó được đưa vào trong xe qua cửa gió để làm ấm cabin;
Làm nóng pin: Chất làm mát nhiệt độ cao chảy trực tiếp vào tấm làm mát bằng nước/mạch trao đổi nhiệt của bộ pin, và làm nóng đều mô-đun pin thông qua dẫn nhiệt, nâng nhiệt độ pin lên phạm vi sạc và xả phù hợp (thường là 10-35 ℃), giải quyết các vấn đề về suy giảm độ bền ở nhiệt độ thấp và giới hạn sạc/xả.
Phần bổ sung: Sau khi chất làm mát hoàn tất quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt độ giảm xuống và sau đó chảy ngược trở lại bộ gia nhiệt PTC thông qua đường ống để hấp thụ nhiệt một lần nữa, tạo thành một chu trình khép kín và liên tục gia nhiệt; Khi khoang cabin/pin đạt đến nhiệt độ mục tiêu, VCU sẽ ngắt nguồn điện cao áp của PTC và ngừng gia nhiệt.
3. Giải pháp quy mô nhỏ: Quy trình hoạt động của bộ gia nhiệt PTC bằng gió (chỉ dùng để sưởi ấm một phần cabin)
Hệ thống sưởi ấm cabin của một số xe điện siêu nhỏ và các mẫu xe cấp thấp sẽ sử dụng bộ sưởi PTC làm mát bằng không khí (không cần trao đổi nhiệt với chất làm mát, làm nóng trực tiếp không khí), với cấu trúc đơn giản hơn và quy trình cốt lõi như sau:
Điện trở gia nhiệt bằng gốm PTC đầu vào điện áp cao trực tiếp tạo ra năng lượng nhiệt;
Quạt gió điều hòa thổi không khí lạnh lên bề mặt của bộ phận gia nhiệt PTC, và không khí lạnh trực tiếp trao đổi nhiệt với tấm gốm PTC có nhiệt độ cao, trở thành không khí nóng;
Luồng khí nóng được dẫn trực tiếp vào khoang cabin thông qua cửa gió để làm nóng nhanh chóng.
Nhược điểm: Truyền nhiệt không đồng đều, dễ bị hiện tượng không khí nóng cục bộ, và phần tử gia nhiệt PTC tiếp xúc trực tiếp với không khí, đòi hỏi khả năng chống bụi và nước cao hơn. Do đó, nó chỉ được sử dụng cho các mẫu xe nhỏ giá rẻ, còn làm mát bằng chất lỏng được sử dụng cho các loại xe năng lượng mới tầm trung đến cao cấp.
Thời gian đăng bài: 30 tháng 1 năm 2026
