자동차의 PTC 히터란 무엇입니까? 작동 방식과 중요한 이유

A PTC 히터 차 안에는 정온도계수 세라믹 소재로 제작된 자기 조절식 전기 발열체 과열을 방지하기 위해 자체 온도를 자동으로 제한합니다. 차량, 특히 전기 자동차(EV) 및 하이브리드 차량에서 PTC 히터는 기본 실내 난방원 역할을 하며 기존 엔진 냉각수 기반 히터 코어를 대체하거나 보완합니다. 동일한 PTC 가열 기술이 다음 분야에서도 널리 사용됩니다. 휴대용 히터 그리고 테이블 히터 가정과 사무실에서 사용 가능하며 오늘날 가장 다양하고 안전한 난방 기술 중 하나입니다.

PTC의 실제 의미와 그 뒤에 숨은 과학

PTC는 다음을 의미합니다. 양의 온도 계수 - 온도에 반응하여 재료의 전기 저항이 어떻게 변하는지 설명하는 특성입니다. PTC 소재는 온도가 상승함에 따라 전기 저항이 급격히 증가합니다. 이는 자연스러운 자체 제한 피드백 루프를 생성합니다. 즉, 요소가 더 많이 가열될수록 전류가 흐르기 어려워지므로 열 출력이 감소하고 폭주 과열을 방지합니다.

PTC 히터에 사용되는 세라믹 화합물 - 일반적으로 희토류 원소가 도핑된 티탄산바륨(BaTiO₃) - 특정 퀴리 온도에서 이 저항 스파이크를 나타냅니다. 일반적으로 다음 온도 사이에서 설계됩니다. 60°C 및 200°C(140°F~392°F) 응용 프로그램에 따라. 요소가 설계된 작동 온도에 도달하면 저항이 극적으로 증가하여 외부 제어가 필요 없이 히터가 효과적으로 스스로 조절됩니다.

이는 온도에 관계없이 고정 저항을 유지하고 과열을 방지하기 위해 외부 온도 조절 장치 또는 차단 장치가 필요한 기존 니크롬선 저항 히터와 근본적으로 다릅니다. PTC 요소는 본질적으로 자체 보호 기능을 갖추고 있습니다.

PTC 히터가 자동차 내부에서 작동하는 방식

기존 가솔린 구동 자동차의 실내 열은 히터 코어(기본적으로 대시보드 내부의 작은 라디에이터)를 통해 순환하는 뜨거운 엔진 냉각수에서 발생합니다. 팬은 뜨거운 히터 코어를 가로질러 실내로 공기를 불어넣습니다. 이 시스템은 엔진이 작동 온도에 도달하면 잘 작동하지만 작동하려면 따뜻한 엔진이 필요합니다.

전기차와 플러그인 하이브리드에는 폐열을 발생시키는 내연기관이 없기 때문에 대체 열원이 필요합니다. 이것이 바로 PTC 히터가 필수적인 곳입니다. 일반적인 자동차 PTC 히터 시스템은 다음과 같이 작동합니다.

1. 견인 배터리의 고전압 전력 (일반적으로 최신 EV에서는 300~800V)는 PTC 발열체 어셈블리로 전달됩니다.
2. PTC 세라믹 요소는 빠르게 가열됩니다. — 활성화 후 몇 초 내에 유용한 온도에 도달합니다. 이는 엔진이 예열될 때까지 기다리는 것보다 훨씬 빠릅니다.
3. 송풍팬은 기내 공기를 순환시킵니다. PTC 소자를 직접 가로질러(공기형 PTC 히터) 또는 냉각수가 PTC 소자에 의해 가열된 후 히터 코어(냉각수형 PTC 히터)를 통해 순환됩니다.
4. PTC 요소는 자체 조절됩니다. — 요소 주변의 공기 또는 냉각수가 따뜻해지면 요소의 저항이 증가하고 열 출력이 자동으로 떨어지며 오버슈트 없이 일관된 온도를 유지합니다.
5. 차량의 온도 조절 시스템 실내 온도 설정에 따라 PTC 어셈블리로의 전력 공급을 조정하여 정밀한 편안함 제어가 가능합니다.

자동차 PTC 히터 어셈블리는 일반적으로 3kW 및 7kW의 전력 전체 난방 모드 - 추운 날씨에 주행 거리를 눈에 띄게 줄이는 EV 배터리의 상당한 소모입니다. 일부 고성능 EV에는 PTC 히터와 함께 히트펌프 시스템 열 펌프는 PTC 히터의 1:1 비율에 비해 소비되는 전기 단위당 2~3 단위의 열을 전달할 수 있기 때문에 난방 효율성을 향상시킵니다.

두 가지 유형의 자동차용 PTC 히터

자동차의 모든 PTC 히터가 동일한 방식으로 작동하는 것은 아닙니다. 차량 제조업체에서는 두 가지 주요 구성을 사용합니다.

공기식 PTC 히터(직접 공기 가열)

이 설계에서는 객실 공기가 PTC 가열 요소 바로 위로 불어옵니다. 그러면 가열된 공기는 HVAC 덕트 시스템을 통해 실내로 분배됩니다. 이 디자인은 더 간단하고 가벼우며 거의 즉각적으로 열을 전달합니다. 30~60초 . 이는 소형 ​​EV, 저전압 마일드 하이브리드 시스템 및 보조 히터 장치에서 흔히 발견됩니다.

쿨런트형 PTC 히터(간접가열)

여기서 PTC 요소는 공기를 직접 가열하는 대신 차량의 냉각수 루프를 가열합니다. 그런 다음 뜨거운 냉각수는 기존 히터 코어를 통과하여 기존 방식으로 실내 공기로 열을 전달합니다. 이 접근 방식은 기존 열 관리 아키텍처에 보다 쉽게 ​​통합되며 동일한 냉각수 회로가 배터리 열 조절, 시트 난방, 실내 난방 등 다양한 기능을 제공할 수 있도록 해줍니다. Tesla Model 3와 같은 대형 EV와 많은 BMW 및 Audi 전기 모델은 이 접근 방식을 사용합니다.

차량용 PTC 히터의 주요 장점

• 예열 대기 없이 즉시 가열 — 온도에 도달하는 데 5~10분이 필요한 엔진 냉각수 히터와 달리 PTC 히터는 차량 시동을 걸거나 사전 조절을 활성화한 후 몇 초 내에 실내를 따뜻하게 하기 시작합니다.
• 자체 규제를 통한 본질 안전 — 저항-온도 관계는 고장날 수 있는 퓨즈나 열 차단 장치에 의존하지 않고 요소가 과열되는 것을 물리적으로 방지합니다.
• 긴 서비스 수명 — 세라믹 PTC 요소에는 움직이는 부분이 없으며 매우 느리게 저하됩니다. 자동차 PTC 히터는 일반적으로 전체 차량 서비스 수명에 대해 평가됩니다. 10~15년 또는 150,000마일 .
• 소형 및 경량 — 고출력 자동차 PTC 히터 어셈블리의 무게는 일반적으로 2kg(4.4파운드) 그리고 can fit within the existing HVAC housing.
• 차량 사전 조절과 호환 가능 — PTC 히터는 EV가 연결되어 있는 동안 그리드 전력으로 작동하여 드라이브 배터리를 고갈시키지 않고 출발 전에 실내를 미리 예열할 수 있습니다.
• 외부온도에 관계없이 일정한 출력 — -10°C(14°F) 이하에서 효율성이 떨어지는 히트 펌프와 달리 PTC 히터는 극한의 추위에도 전체 정격 출력을 유지합니다.

PTC 히터와 기존 자동차 히터 비교: 주요 차이점

자동차를 넘어서는 PTC 히터: 휴대용 히터 및 테이블 히터

자동차 응용 분야에 사용되는 것과 동일한 PTC 세라믹 히팅 기술은 다양한 소비자용 히터의 기반이 됩니다. 자동차 애플리케이션을 이해하면 PTC가 휴대용 히터와 테이블 히터 분야에서 지배적인 기술이 된 이유를 더 쉽게 이해할 수 있습니다.

PTC 휴대용 히터

PTC 휴대용 히터는 방이나 위치 간에 이동하도록 설계된 소형 독립형 히터입니다. 표준 벽면 콘센트에서 전력을 끌어옵니다(일반적으로 120V 또는 240V AC ) 다음 사이에 배송됩니다. 750W 및 1,500W 열 출력의. 내부의 PTC 요소는 팬으로 흡입된 공기를 가열하고 따뜻한 공기를 실내로 직접 배출합니다.

PTC 휴대용 히터의 주요 소비자 이점은 다음과 같습니다.

• 접촉으로 인한 화재 위험 없음 — 노출된 요소의 온도가 800°C를 초과할 수 있는 니크롬선 히터에 비해 PTC 휴대용 히터의 외부 표면은 일반적으로 최대 전력에서도 60°C(140°F) 미만으로 유지됩니다.
• 일정한 출구 온도 — PTC 요소의 자체 조절 특성은 히터가 뜨거운 바람과 차가운 정지 사이를 순환하는 대신 안정적이고 편안한 열 출력을 제공한다는 것을 의미합니다.
• 작은 공간의 에너지 효율성 — 1,500W PTC 휴대용 히터는 다음과 같은 공간을 편안하게 난방할 수 있습니다. 14~19m²(150~200제곱피트) , 집 전체 시스템을 운영하는 것보다 구역 난방에 비용 효율적입니다.
• 가볍고 휴대성이 뛰어난 디자인 — 대부분의 PTC 휴대용 히터의 무게는 1.5kg과 3kg , 집, 사무실, 작업장 간 이동이 용이합니다.

PTC 테이블 히터

PTC 테이블 히터는 책상, 워크스테이션 또는 침대 옆 탁자에서 개인에게 따뜻함을 제공하도록 설계된 더 작은 데스크탑 크기의 변형입니다. 이러한 장치는 일반적으로 다음 사이에서 출력됩니다. 300W 및 900W — 방 전체를 난방하지 않고도 한 사람을 편안하게 따뜻하게 유지하기에 충분합니다. 특히 개인별 온도 선호도가 다양한 사무실 환경과 야간의 따뜻함을 목표로 하는 침실에서 인기가 높습니다.

PTC 테이블 히터의 특징은 다음과 같습니다.

• 팁오버 자동 차단 — 장치가 넘어지면 안전 스위치가 전원을 차단하여 추가적인 기계적 백업과 함께 PTC 기술의 고유한 안전성을 활용합니다.
• 조용한 작동 — 저전력 PTC 테이블 히터는 종종 작은 팬이나 수동 대류를 사용하여 40dB 미만의 소음 — 통화 중이나 수면 중에 사용하기에 적합합니다.
• USB 또는 12V 전원 옵션 — 일부 초소형 PTC 테이블 히터는 USB-C 또는 자동차의 12V 콘센트에서 작동하도록 설계되어 가정과 자동차 사용 간의 격차를 해소합니다.

용도별 PTC 히터 성능 비교

PTC 히터와 기타 휴대용 히터 기술 비교

휴대용 히터나 테이블 히터를 선택할 때 PTC는 다른 여러 기술과 경쟁합니다. 차이점을 이해하면 소비자와 엔지니어가 주어진 상황에서 올바른 선택을 하는 데 도움이 됩니다.

PTC 대 니크롬 와이어 히터

전통적인 니크롬선 히터는 전기 저항 가열의 가장 오래된 형태입니다. 제조 비용은 저렴하지만 안전 위험이 더 높습니다. 노출된 니크롬 요소는 붉게 뜨겁게 빛납니다. 700°C 이상 그리고 can ignite nearby materials if the fan fails or the unit is obstructed. PTC elements, by contrast, physically cannot overheat past their Curie temperature due to their self-regulating resistance. For table heaters and portable heaters used in homes with children or pets, PTC는 훨씬 더 안전합니다. .

PTC 대 적외선 히터

적외선 히터는 공기를 가열하는 것이 아니라 복사열을 방출하여 물체와 사람을 직접 따뜻하게 합니다. 열이 공기 이동으로 손실되지 않기 때문에 외풍이 많거나 단열이 부족한 공간에서 매우 효율적입니다. 그러나 따뜻해지는 사람에 대한 가시선이 필요하며 일반 실내 난방에는 덜 효과적입니다. 팬이 있는 PTC 히터는 따뜻한 공기를 공간 전체에 분산시켜 더 나은 환경을 제공합니다. 밀폐된 공간 및 개인 사무실 환경 균일한 온도를 원하는 곳.

PTC와 석유로 채워진 라디에이터

오일로 채워진 라디에이터는 저항성 가열 요소를 사용하여 금속 핀 내부에 밀봉된 유전체 오일을 따뜻하게 한 다음 자동으로 열을 방출합니다. 팬 소음 없이 부드럽고 균일한 열을 제공하며 전원을 끈 후에도 따뜻함을 유지합니다. 그러나 그들은 무거움(8~15kg), 가열 속도가 느림(15~30분) , 움직이기가 어렵습니다. PTC 테이블 히터와 휴대용 히터는 시동 속도, 휴대성 및 컴팩트한 크기에서 확실한 우위를 점합니다. 오일 라디에이터는 밤새 또는 장기간 낮은 수준의 실내 난방에 더 적합합니다.

PTC 히터에 안전 기능 내장

PTC 히터는 자동차, 휴대용, 테이블 형식 등 다양한 안전 장치를 통합하여 가장 안전한 전기 가열 장치 중 하나입니다.

• 자체 제한 온도 — PTC 소자의 저항 상승은 소자 레벨에서 열 폭주 가능성을 제거합니다.
• 쿨터치 하우징 — 소비자 PTC 히터는 외부 표면이 아래에 유지되도록 설계되었습니다. 55~65°C , 전체 작동 중에도 잠시 만져도 안전합니다.
• 팁오버 차단 스위치 — 중력 활성화 스위치는 히터가 넘어지면 밀리초 이내에 전원을 차단합니다. 이는 모든 고품질 휴대용 및 테이블 PTC 히터에 표준으로 적용됩니다.
• 과열 보호 온도 조절기 — 보조 백업 온도 조절 장치는 공기 흐름이 차단되어 하우징이 안전 온도를 초과하는 경우 전력을 차단합니다. 이는 PTC 요소의 자체 조절 이상의 추가 보호 장치입니다.
• 화염이나 노출된 요소가 없음 — PTC 세라믹 요소는 그릴 뒤에 완전히 둘러싸여 있어 커튼, 종이 또는 침구와의 접촉으로 인한 화재 위험을 제거합니다.

PTC 휴대용 또는 테이블 히터 구매 시 확인해야 할 사항

"PTC"라고 표시된 모든 히터가 품질이나 안전성이 동일한 것은 아닙니다. 옵션을 평가할 때 다음 기준을 사용하십시오.

• 방 크기에 적합한 전력량 — 일반적인 지침은 다음과 같습니다. 평방피트당 10W(평방미터당 100W) 적절한 실내 난방을 위해. 1,500W 휴대용 히터의 크기는 약 150평방피트입니다.
• 안전인증 — 장치가 휴대용 난방 기기에 적용 가능한 안전 표준에 따라 테스트되었음을 확인하는 UL, ETL, CE 또는 GS 인증 마크를 찾으십시오.
• 조절 가능한 온도 조절기 — 내장된 온도 조절 장치를 사용하면 히터를 켜고 끌 수 있어 설정된 온도를 유지할 수 있으므로 일정한 최대 전력으로 작동하는 것에 비해 에너지 소비가 줄어듭니다.
• 다양한 열 설정 — 최소한 낮음 및 높음 설정(예: 750W 및 1,500W)을 사용하면 온화한 조건과 추운 조건 모두에 유연성을 제공합니다.
• 타이머 기능 — 침실에 사용되는 테이블 히터에 특히 유용합니다. 프로그래밍 가능한 타이머는 밤새 히터가 무인으로 작동하는 것을 방지합니다.
• 소음 수준 — 히터를 조용한 사무실이나 침실에서 사용할 경우 다음을 지정하는 모델을 찾으십시오. 45dB 미만 작동 소음.