इलेक्ट्रिक वाहन पीटीसी हीटर (ईवी पीटीसी हीटर) का कार्य सिद्धांत

का मूलईवी पीटीसी हीटरयह प्रणाली पीटीसी धनात्मक तापमान गुणांक थर्मिस्टर की भौतिक विशेषताओं पर निर्भर करती है, जो इलेक्ट्रिक वाहनों की उच्च-वोल्टेज बिजली आपूर्ति प्रणाली और तापीय प्रबंधन परिपथ के साथ मिलकर ताप प्रदान करती है। मूलतः, विद्युत ऊर्जा को सीधे ऊष्मा ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, और फिर माध्यम (शीतलक/वायु) के माध्यम से केबिन या बैटरी में स्थानांतरित किया जाता है। इस पूरी प्रक्रिया के दौरान इसमें स्व-सीमित और स्व-विनियमित विशेषताएं होती हैं, और इसके लिए अतिरिक्त जटिल तापमान नियंत्रण उपकरणों की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे यह नई ऊर्जा वाहनों के लिए एक कुशल और सुरक्षित ताप समाधान बन जाता है।
पूरी प्रक्रिया को दो स्तरों में विभाजित किया गया है: मूल सामग्री सिद्धांत और ऑटोमोटिव उपयोग के लिए वास्तविक कार्यप्रवाह। बाद वाला अनुप्रयोग परिदृश्य (केबिन हीटिंग/बैटरी हीटिंग) के आधार पर थोड़ा भिन्न हो सकता है। ऑटोमोटिव उपयोग के लिए मुख्यधारा यह है:लिक्विड कूल्ड पीटीसी हीटर(कूलेंट हीट एक्सचेंज), जबकि केबिन हीटिंग के लिए थोड़ी मात्रा में एयर हीटेड पीटीसी हीटर (डायरेक्ट एयर हीट एक्सचेंज) का उपयोग किया जाता है। निम्नलिखित को क्रमशः समझाया गया है:
1. मूल सिद्धांत: पीटीसी थर्मिस्टर का तापन और स्वतः सीमित तापमान सिद्धांत
कोर हीटिंग तत्वपीटीसी हीटरपीटीसी सिरेमिक शीट (बैरियम टाइटेनेट आधारित अर्धचालक सिरेमिक जिसमें दुर्लभ पृथ्वी तत्वों की थोड़ी मात्रा मिलाई गई है) ही इसके सभी गुणों का मूल कारण है:
तापन: पीटीसी सिरेमिक चिप्स रेटेड वोल्टेज (ऑटोमोटिव उपयोग के लिए उच्च वोल्टेज डीसी, जैसे 300V+/400V+) पर आंतरिक प्रवाहकीय कणों के साथ प्रवाहकीय पथ बनाते हैं, जब करंट प्रवाहित होता है तो जूल ऊष्मा उत्पन्न होती है, जिससे उच्च तापन दक्षता (लगभग 100%, कोई ऊर्जा रूपांतरण हानि नहीं) के साथ विद्युत ऊर्जा का प्रत्यक्ष तापीय ऊर्जा में रूपांतरण प्राप्त होता है;
स्व-सीमित तापमान (कोर विशेषता): जब पीटीसी सिरेमिक चिप्स का तापमान क्यूरी तापमान (सामग्रियों का क्रांतिक तापमान, आमतौर पर ऑटोमोटिव उपयोग के लिए 120-180 ℃) तक नहीं पहुंचता है, तो प्रतिरोध मान बहुत कम होता है, और निरंतर उच्च धारा और उच्च शक्ति तापन होता है, जिससे तापमान तेजी से बढ़ता है;
एक बार तापमान क्यूरी तापमान से अधिक हो जाने पर, आंतरिक चालकता पथ तेजी से टूट जाएगा, और प्रतिरोध तेजी से बढ़ेगा (कमरे के तापमान पर प्रतिरोध से 10³ से 10⁶ गुना तक)। ओम के नियम (P=U²/R) के अनुसार, स्थिर वोल्टेज के तहत, तापन शक्ति तेजी से घटेगी, और तापन दर ऊष्मा अपव्यय दर से कम होगी। तापमान स्वाभाविक रूप से क्यूरी तापमान के पास स्थिर हो जाएगा और बढ़ना बंद कर देगा, जिससे शुष्क जलन और जड़ से अधिक गर्मी से बचा जा सकेगा।
स्व-पुनर्प्राप्ति: जब ऊष्मा अपव्यय (जैसे शीतलक/वायु प्रवाह) के कारण तापमान क्यूरी तापमान से नीचे गिर जाता है, तो प्रतिरोध शीघ्रता से कम प्रतिरोध की स्थिति में वापस आ जाता है, उच्च-शक्ति तापन को फिर से शुरू करता है, और तापमान शक्ति का गतिशील स्व-नियमन प्राप्त करता है।
2. ऑटोमोटिव उपयोग के लिए मुख्यधारा का समाधान: लिक्विड कूल्ड पीटीसी हीटर की कार्य प्रक्रिया (केबिन/बैटरी हीटिंग के लिए सार्वभौमिक)
90% से अधिक इलेक्ट्रिक वाहन उच्च दबाव वाले तरल-शीतित पीटीसी हीटरों (कॉम्पैक्ट संरचना, समान ऊष्मा विनिमय, केबिन गर्म वायु परिपथ और बैटरी तापमान नियंत्रण परिपथ के लिए उपयुक्त) का उपयोग करते हैं, जो नई ऊर्जा वाहनों के शीतलक परिसंचरण परिपथ में एकीकृत होते हैं। केबिन और बैटरी को गर्म करना एक ही पीटीसी हीटिंग सिस्टम के विभिन्न परिपथों के बीच स्विच करके ही संभव है। मूल प्रक्रिया समान है, जिसे चार चरणों में विभाजित किया गया है:
बिजली आपूर्ति प्रारंभ: वाहन का वीसीयू (वाहन नियंत्रण इकाई) केबिन एयर कंडीशनिंग कमांड/बैटरी तापमान सेंसर सिग्नल (यदि बैटरी को 5 डिग्री सेल्सियस से नीचे गर्म करने की आवश्यकता है) के आधार पर पीटीसी हीटर को एक प्रारंभ संकेत भेजता है, और साथ ही वाहन की उच्च-वोल्टेज बैटरी के बिजली आपूर्ति सर्किट को जोड़ता है। उच्च-वोल्टेज डीसी बिजली पीटीसी हीटिंग तत्व को इनपुट के रूप में दी जाती है;
विद्युत को ऊष्मा में परिवर्तित करना: पीटीसी सिरेमिक प्लेटें उच्च वोल्टेज धारा के तहत तेजी से ऊष्मा उत्पन्न करती हैं, जिससे वे कुछ ही सेकंड में परिचालन तापमान तक पहुंच जाती हैं, और ऊष्मा पीटीसी हीटर के ऊष्मा अपव्यय कक्ष/ऊष्मा विनिमय ट्यूब में स्थानांतरित हो जाती है;
शीतलक ऊष्मा विनिमय: वाहन की तापीय प्रबंधन प्रणाली का इलेक्ट्रॉनिक जल पंप शीतलक को पीटीसी हीटर की ऊष्मा विनिमय नलिकाओं में प्रसारित करने के लिए प्रेरित करता है। पीटीसी तापन तत्व से ऊष्मा अवशोषित करने के बाद, शीतलक उच्च तापमान वाला शीतलक बन जाता है (आमतौर पर 40-60 ℃, मांग के अनुसार समायोजित)।
गर्मी का हस्तांतरण
केबिन हीटिंग: कार के अंदर गर्म हवा के कोर में उच्च तापमान वाला कूलेंट प्रवाहित होता है, और वाहन के एयर कंडीशनिंग का ब्लोअर ठंडी हवा को गर्म हवा के कोर से होकर गुजारता है। ठंडी हवा कूलेंट की ऊष्मा को अवशोषित कर गर्म हवा में परिवर्तित हो जाती है, जिसे फिर केबिन हीटिंग के लिए एयर आउटलेट के माध्यम से कार में भेजा जाता है;
बैटरी हीटिंग: उच्च तापमान वाला शीतलक सीधे पावर बैटरी पैक के जल-शीतित प्लेट/ऊष्मा विनिमय परिपथ में प्रवाहित होता है, और ऊष्मा चालन के माध्यम से बैटरी मॉड्यूल को समान रूप से गर्म करता है, जिससे बैटरी का तापमान उपयुक्त चार्जिंग और डिस्चार्जिंग सीमा (सामान्यतः 10-35 ℃) तक बढ़ जाता है, जिससे कम तापमान पर सहनशीलता में गिरावट और सीमित चार्जिंग और डिस्चार्जिंग की समस्याओं का समाधान होता है।
अतिरिक्त जानकारी: शीतलक द्वारा ऊष्मा विनिमय पूरा होने के बाद, तापमान कम हो जाता है और फिर पाइपलाइन के माध्यम से पीटीसी हीटर में वापस प्रवाहित होकर पुनः ऊष्मा अवशोषित करता है, जिससे एक बंद चक्र बनता है और निरंतर तापन होता रहता है; जब केबिन/बैटरी लक्षित तापमान पर पहुँच जाता है, तो वीसीयू पीटीसी की उच्च-वोल्टेज बिजली आपूर्ति काट देता है और तापन बंद कर देता है।
3. लघु पैमाने का समाधान: पवन तापित पीटीसी हीटर की कार्यप्रणाली (केवल आंशिक केबिन हीटिंग के लिए उपयोग किया जाता है)
कुछ सूक्ष्म इलेक्ट्रिक वाहनों और कम कीमत वाले मॉडलों के केबिन हीटिंग में एयर-कूल्ड पीटीसी हीटरों का उपयोग किया जाएगा (बिना शीतलक ऊष्मा विनिमय के, सीधे हवा को गर्म करके), जिनकी संरचना सरल होगी और मूल प्रक्रिया इस प्रकार होगी:
उच्च वोल्टेज इनपुट वाला पीटीसी सिरेमिक हीटिंग एलिमेंट सीधे ऊष्मीय ऊर्जा उत्पन्न करता है;
एयर कंडीशनिंग ब्लोअर पीटीसी हीटिंग एलिमेंट की सतह पर ठंडी हवा फेंकता है, और ठंडी हवा सीधे उच्च तापमान वाली पीटीसी सिरेमिक प्लेट के साथ ऊष्मा का आदान-प्रदान करती है, जिससे वह गर्म हवा में बदल जाती है;
तेजी से हीटिंग प्राप्त करने के लिए गर्म हवा को एयर आउटलेट के माध्यम से सीधे केबिन में भेजा जाता है।
कमियां: असमान ऊष्मा स्थानांतरण, स्थानीय गर्म हवा का खतरा, और पीटीसी हीटिंग तत्व का सीधे हवा के संपर्क में आना, जिसके लिए उच्च स्तर की धूल और जल प्रतिरोधकता की आवश्यकता होती है। इसलिए, इसका उपयोग केवल कम लागत वाले छोटे कार मॉडलों में किया जाता है, जबकि लिक्विड कूलिंग का उपयोग मध्यम से उच्च श्रेणी के नए ऊर्जा वाहनों में किया जाता है।