Calefacción de vehículos eléctricos PTC
Publicado por Adelle Webber en
¿Qué es la calefacción PTC suplementaria?
Los elementos calefactores eléctricos PTC se utilizan ampliamente para el calentamiento suplementario debido a su sencillez, fiabilidad, durabilidad y seguridad. Las características PTC, coeficiente de temperatura positivo, hacen que los pequeños elementos cerámicos sean ideales para el calentamiento suplementario en una amplia variedad de aplicaciones.
Los elementos calefactores PTC han ganado recientemente aún más popularidad con el rápido desarrollo de los vehículos eléctricos. Tanto los convencionales and electric vehicles use PTC heating
Los vehículos eléctricos encontraron en la calefacción PTC la solución.
El soporte de la calefacción auxiliar en coches, vehículos de construcción, trenes y hogares siempre ha sido la resistencia eléctrica a la calefacción. El típico exceso de calor del motor es demasiado tiempo para calentar la cabina y los componentes de funcionamiento.
Los vehículos que utilizaban elementos calefactores de hilo resistivo permitían un calentamiento más rápido gracias al flujo de corriente a través de los elementos calefactores resistivos en línea con los conductos de calefacción. Este método resolvía los problemas iniciales de calentamiento, pero no era muy eficiente, creaba riesgos de seguridad por la combustión, ocupaba mucho espacio y no era tan duradero como se necesitaba para los vehículos de carretera.
Los vehículos eléctricos utilizan bombas de calor para la calefacción y la refrigeración del habitáculo, pero tienen limitaciones para la calefacción. A temperaturas inferiores a los 40 grados F, su eficacia se reduce drásticamente y requiere un sistema de calefacción suplementario. La calefacción por resistencia eléctrica tradicional ocupaba espacio, añadía riesgos de seguridad y no era muy duradera.
La respuesta fue un sistema de calefacción de estado sólido que ocupaba poco espacio, era muy duradero, proporcionaba aislamiento de tensión y tenía características de calentamiento rápido. Esa solución se adaptó a los elementos calefactores PTC para los sistemas de calefacción de los automóviles.
Más información sobre el uso de la calefacción PTC para el gestión térmica del sistema de baterías. Ir al complemento de Google Docs.
La diferencia entre el calentamiento por hilo resistivo y el calentamiento por PTC.
Piense en su bombilla estándar comparada con la nueva bombilla LED que utilizamos en nuestros hogares.
La bombilla tradicional utiliza un pequeño filamento de alambre colocado en el vacío cuando una corriente eléctrica pasa por el filamento y se calienta produciendo calor y luz. El fino elemento necesita estar en el vacío para evitar que se queme por combustión.
Una bombilla LED tiene un pequeño termistor electrónico de estado sólido que produce la luz y el calor cuando la corriente pasa a través de él. El dispositivo de estado sólido, similar a un elemento cerámico PTC, no necesita estar en el vacío porque no hay combustión.
Calentamiento por hilo resistivo
El cable resistivo se calienta lo suficiente cuando entra en contacto con algo combustible como para provocar un incendio.
Por eso, el cable resistivo de las tostadoras y otros calentadores está rodeado de aislamiento o de barreras protectoras para evitar el contacto con las manos de las personas o con objetos combustibles.
El cable resistivo está conduciendo corriente a un voltaje y si no está aislado puede causar quemaduras, descargas o chispas si entra en contacto con el metal o los dedos.
Los calefactores de hilo resistivo, como los que se ven en la tostadora de la cocina o en los calefactores, están compuestos por un hilo desnudo con una resistencia constante que se calienta cuando se aplica corriente. No se queman cuando se exponen al oxígeno porque su diámetro es mayor que el del filamento de una bombilla.
Resistive heating follows Ohm’s Law where the current I = Voltage V / Resistance R is in a straight line. Another way of describing it is I = Constant x voltage
En la resistencia PTC la fórmula es I = una variable que cambia continuamente x el voltaje porque la resistencia está cambiando a medida que aumenta la temperatura.
Un cable resistivo utilizado como calor axial en una casa o un automóvil también está encerrado en un conjunto de aletas para evitar el contacto directo y aislado de las partes circundantes. Cuando un termostato o un interruptor enciende la corriente, el cable resistivo comienza a calentarse. La resistencia es constante, por lo que la corriente sigue siendo la misma hasta que se apaga.
La calefacción tradicional requiere un controlador de termostato para mantener una temperatura determinada y no sobrecalentarse.
Calefacción PTC
Los elementos calefactores cerámicos PTC son similares al LED como material sólido que presenta resistencia a la electricidad. La energía del LED se libera cuando la corriente fluye a través del dispositivo, creando luz en lugar de calor.
La gran diferencia entre el calentamiento por hilo resistivo y el calentamiento por PTC es que la resistencia a la corriente cambia con la temperatura. Cuando la corriente fluye inicialmente a través del elemento cerámico PTC, la resistencia es cercana a 0 ohmios. A medida que el elemento comienza a calentarse, la resistencia empieza a aumentar en una línea logarítmica, ralentizando el flujo de corriente.
A la temperatura máxima diseñada de unos 158 grados Fahrenheit, la resistencia se vuelve tan alta que la corriente deja de fluir y evita el sobrecalentamiento.
La superficie se calienta o el aire que circula por el conducto de calefacción nunca alcanza los 158 grados. La corriente disminuye rápidamente antes de alcanzar la temperatura y las pérdidas en la transferencia del calor del disco de silicona a las superficies o las pérdidas de aire. El disco real está incrustado en un medio de transferencia de calor que evita el contacto directo con el propio elemento PTC.
Cuando la temperatura ambiente es baja, el calentador PTC se calienta rápidamente. Si la temperatura es más alta, el calentador se calentará más lentamente porque la resistencia ya ha cambiado con la temperatura.
Los elementos PTC son también un gran aislante de la tensión, por lo que no hay posibilidad de que entren en contacto con las tensiones que alimentan los dispositivos. Tampoco es necesario un sistema de control de la temperatura que no sea un interruptor de encendido/apagado.
¿Quién ha desarrollado el elemento calefactor PTC?
La composición conocida como cerámica de nitrato de bario cuando contiene una pequeña cantidad de elementos de tierras raras Y, Bi, Sb, Nb y Ta exhibió una semiconducción que fue divulgada en una patente alemana número 631321 en 1951. En 1967 una patente japonesa nº 42-3855 incluía el dopaje con una pequeña cantidad de Bi o Sb exhibía un alto coeficiente positivo de resistividad.
En 1974, Panasonic Corporation (US3975307A) abordó la composición del termistor PTC y el método de fabricación de los pequeños elementos cerámicos. Las patentes originales no eran para la calefacción, sino para el uso en el que la rápida entrada de corriente disminuyó rápidamente se utilizó para la desmagnetización del tubo de imagen de la televisión en color.
El elemento PTC permitía un rápido flujo de corriente a través de una bobina eléctrica que eliminaba cualquier residuo magnético en la superficie del tubo. El magnetismo residual en la superficie del tubo distorsionaba los grupos de tres puntos de color que formaban la matriz en la cara del tubo, produciendo imágenes.
La distorsión de la curvatura de los colores individuales que componen cada píxel de color provocaba un desenfoque de las imágenes que veíamos en la parte frontal del tubo de televisión. Las pantallas de televisión actuales funcionan de forma muy diferente a los primeros tubos de rayos catódicos y, por lo general, no requieren ninguna desmagnetización.
Desde entonces, la composición de los termostatos PTC ha evolucionado para aplicaciones específicas de calentamiento y temperaturas concretas.
Lea más sobre la construcción de calentadores PTC aquí.
¿Cuáles son las características de un calentador PTC?
Los elementos calefactores de coeficiente de temperatura positivo son más conocidos por la relación entre la corriente y la resistencia que muestran los elementos a medida que se calientan. Inicialmente, hay una baja resistencia a una corriente elevada.
La alta corriente calienta rápidamente el elemento. Al mismo tiempo, el aumento de la temperatura aumenta la resistencia del dispositivo y reduce rápidamente la corriente.
Tan importantes como la curva de resistencia de la corriente y el control automático de la temperatura son la durabilidad y la seguridad de los dispositivos. Dado que no hay piezas móviles, a no ser que se utilice un calentador de ventilador, no hay necesidad de mantenimiento. Los propios dispositivos revestidos de silicona e incrustados en carcasas de transferencia de calor son muy resistentes.
Tampoco se produce combustión mientras se calienta y con el límite de temperatura no hay posibilidad de crear ignición de materiales cercanos.
Aunque algunos de estos elementos calefactores funcionan con 12/24 voltios, se puede utilizar una tensión más alta de CC/CA para obtener más potencia de salida. Los elementos tienen características de aislamiento de alto voltaje que minimizan la necesidad de aislamiento de voltaje adicional para la seguridad.
Lea más sobre el funcionamiento y las características de los elementos calefactores PTC.
Comprender la capacidad y los voltajes de las baterías de los vehículos eléctricos.
No es necesario un circuito de control de la temperatura de la corriente.
La característica de control automático de la corriente también controla el calentamiento cerca de la temperatura deseada sin otros circuitos de control para evitar el sobrecalentamiento. Antes de que el motor se caliente en un vehículo con motor de combustión convencional, el elemento puede calentar el habitáculo.
Los elementos cartucho o calentadores de superficie puede mantener calientes el aceite, las baterías u otros fluidos en los ambientes más fríos.
Los motores de combustión interna convencionales utilizan el exceso de calor de los motores para calentar los habitáculos. Sin el exceso de calor de los motores eléctricos en un vehículo eléctrico, hay que disponer de calor suplementario para calentar el habitáculo.
Esta calefacción PTC suplementaria también se utiliza para precalentar y mantener calientes las baterías para una carga eficiente en tiempo frío.
Many electrical vehicles use h
Las bombas de calor pueden enfriar y calentar, pero se vuelven ineficientes por debajo de los 40 grados, haciendo necesario un sistema de calefacción suplementario.
Lea más sobre el funcionamiento de los sistemas de calefacción PTC aquí.
¿Cómo se construyen los componentes del elemento calefactor PTC?
El pequeño disco cerámico dopado con los elementos de tierras raras con características PTC tiene que estar incrustado en componentes de transferencia de calor y con conexiones cableadas para aprovechar sus características únicas para el calentamiento.
El disco de cerámica puede colocarse en silicona, un buen conductor y aislante de la tensión, y prensarse en una carcasa de aluminio o acero inoxidable. La silicona líquida suele utilizarse para moldear o fijar una superficie conductora del calor.
Los calentadores con aletas PTC o calentadores de aire se componen de una matriz de pequeños discos utilizados en una ronda cuadrada de aluminio o pantalla de acero inoxidable para la calefacción del conducto. El aire que pasa a través de la disposición en el conducto de un vehículo o de la calefacción del hogar se calienta al entrar en contacto con la estructura metálica del hallazgo.
Otros tipos de estructuras de calefacción PTC:
Calentadores PTC en coches eléctricos.
En los vehículos eléctricos y convencionales se utilizan varios tipos de calefactores PTC para la calefacción suplementaria. Para la mayoría de nosotros, la tecnología de los vehículos eléctricos es nueva y aún no se conoce bien. Los equipos y mecanismos para convertir la energía eléctrica en potencia del tren motriz son complicados. Aunque el menor número de componentes necesarios permite un menor mantenimiento y una mayor durabilidad.
En realidad, hay dos sistemas de voltaje distintos en los vehículos eléctricos. Uno es el típico sistema de 12 voltios que proporciona energía a todos los controles y sistemas de funcionamiento. El segundo es un voltaje DC mucho más alto que se convierte en voltaje AC para hacer funcionar los motores.
Conozca más sobre los voltajes de funcionamiento de los vehículos eléctricos aquí.
Los calefactores PTC pueden funcionar con tensiones de CA o CC de 12/24 voltios o con tensiones superiores de 110 a 240 voltios si es necesario. Esto proporciona una gran flexibilidad para los diseñadores de sistemas EV.
Más información sobre los calentadores PTC utilizados en vehículos eléctricos y sistemas eléctricos.
¿Dónde puedo conseguir un elemento calefactor PTC para mi vehículo?
These small compact heaters can be ordered online in numerous sizes and configurations for OEM or DIY modifications to current vehicles. Not getti
Visite nuestra tienda de componentes PTC en DBKUSA.com, o haga clic aquí para ver los productos. Si tiene preguntas sobre las solicitudes, llámenos directamente y hablar con un ingeniero. ¡No un vendedor!
Llamar - 1-864-607-9047