新能源汽车PTC加热器寿命试验方法分析

摘  要：新能源汽车所使用的PTC加热器在现阶段的使用上有较好的发展前景，各项指标和技术也发展得比较完善，和传统的汽车空调相比较而言工作时率更加的稳定，但是不可以根据温度来进行主动地调节功率，在关键寿命指标上还需要进行一定的研究和试验，需要相关的研究人员设计出一套适用于计算PTC加热器使用寿命的试验手段。

关键词：PTC加热器;新能源汽车;试验方法

引言：

在近几年由于新能源汽车技术的蓬勃发展，使得相关的汽车研发团队对于PTC的关注度更高，目前PTC所主要开发的领域是对于PTC加热系统的研究，相关的研究人员往往更青睐于研究PTC加热系统的性能以及制热原理，却一直很少有人对于其寿命进行相关研究，导致其寿命损耗特征参数不健全，使用全寿命周期不稳定，以浙江省温州科博达汽车部件有限公司研究为例，制定出一套寿命评估试验方法。

一、PTC加热器的介绍和机理

（一）PTC加热器的介绍

想要对于PTC加热器进行寿命研究，就要首先了解这一装置的原理和产品属性。PTC加热器使用的是PTC热敏系统电阻元件作为发热源的一种加热装置。一般利用的是多片并联和外围部件结合而成，相比于传统的发热器，本身就具有发热快、恒温、使用周期长的优势，依照材料学的研究方式，可以分成陶瓷类和有机高分子类，一般常运用在新能源汽车的是陶瓷类。新能源汽车的PTC加热器一般的组装部分包括处理器、功率模块、电流检测传感器等，由控制系统将温度信息传递到处理器，再通过目标温度和处理器温差对比来调节功率，从而达到设置的温度。

（二）PTC加热器的机理

PTC加热器最主要的部件就是热敏电阻，主要的作用是在于过电压、过负载和过热保护装置，拥有承受大电流冲击和耐高压的特质，在出现PTC过热导致烧毁的相关资料来看有以下几个方面：IGBT容易导致高温失效导致过热损坏;在运行过程中温度过高，熔断体超出了原有的温度，PTC受到电流，导致出现电火，引起了瓷片的燃烧导致故障出现;还有一种现象是回路自行断开，导致了内部烧毁，使得控制器出现故障。总的而言，PTC加热器的故障原因一般是过点载、过高温的环境导致了内部出现短路和元部件出现高温烧毁，所以，在实际的研究当中应该将主要的试验点关注在电压力和功率载荷当中，同时要注意环境压力的因素进行人为的施压来进行试验[1]。

二、关于PTC电加热寿命因素的研究

（一）发热的功率和自动调节

传统的汽车在安装空调系统时，往往是会安装在进风口换热器的下部，还有些因为工艺的原因会将PTC系统直接安装在空调底座，甚至是直接包裹在换热器当中。其对于工艺的要求，不论如何都要保障设备的散热面和进风量可以达到一致的角度，也就是只有要让PTC电加热器的进风量达到最大，才可以获得PTC电加热器的最大的功率，从而使得加热的效果最佳。又因为PTC加热器自带的可自动调节属性，可以得到发热的量会根据环境而发生一定的改变，当外部的环境温度升高时发热的功率就会变得低，外部的温度降低时就会使得发热的功率变得更高。这样的效果可以实现车温的自动调节，还可以让出风的温度保持合适的状态，更加有利于恒温的要求，从而实现对于温度可以实现控制，另外，还更加有效地节约能源，传统的金属电加热的热量是固定的，发热量并不会随着外部因素的影响而出现改变，就会导致资源的浪费和加热器温度过高的现象出现，其对于恒温效果的波动也比较大，不利于汽车的温度形成精准的调控。

（二）安全性和稳定性

在具体的实验当中要了解其安全性和稳定性，这两个因素不仅仅是针对加热系统，更是对于车主的人身安全和风险系数有着一定的影响，PTC对于温度有着自限的能力，温度升高以后会下降电阻，即使在干烧的状态当中也不会使得周边的物体燃烧，而金属加热器会导致周边的橡胶管和塑料燃燒，导致火灾的发生。

（三）制热速度和寿命的联系

PTC加热器的启动当中会有比额定功率更大的冲击功率，能够满足快速制热的需求，在恒温的状态当中，会因为PTC的发热功率的下降而提高，其优势在于在外部的环境温度低的情况下也可以快速地制热的效果，而金属电加热器就只是机械地固定输出额定的加热量，制热的启动的速度也就会慢很多。相关的寿命也不会受到外部因素的过多的影响，由于不受到外部条件的限制，相较于传统的加热器可以更加的提升使用寿命，也就是损耗率越小使用寿命越长，损耗率越高其使用的寿命就会越短。

三、PTC加热器采用的寿命试验及试验方法

（一）PTC的寿命试验方法

具体的试验方法有相关的试验规定，为了可以达到恒温加热从而实现温度控制功能，相关的要求要达到（23±3）℃的条件下进行，高电压的要求是在±5V DC，低压侧电压的要求是在（13.5±0.1）V DC，冷却液的流出量要达到650L/h，功率的输出要达到100%持续的时间要达到18个小时，持续周期达到4000h的循环试验。在一般的PTC加热器的研究实验以外，相关的厂商都会进行相应的元器件的试验，一般会依据相应的法律法规进行相关的测试，通常本公司的执行检验的标准参照依据为《电子电气零部件通用测试要求》[2]，此项标准当中规定了3类寿命测试的标准。在具体的操作试验当中有明确的寿命检测标准，也就是温度循环寿命试验、高温寿命试验、以及恒定湿热寿命试验，这三种标准分别测试不同典型环境下的寿命情况。其对于新能源汽车而言，普遍利用的是PTC加热器，加之有相关的辅助手段就可以满足新能源汽车的空调使用，如果是采用传统的金属电加热器，会因为其中的结构发生变化导致汽车内部的空气流畅，而无法满足新能源汽车的空调加热的效果，甚至会出现一定的故障，更有可能会导致汽车的安全系数变低，导致事故的发生。

（二）应力与剖面

对于PTC加热器而言要受到环境因素的影响，其主要的因素是温度和湿度，使用的主要的载荷是电应力和功率荷载，通过相关的实验可以得出，温度的应力和载荷的应力是发生故障的主要因素，所以电阻是PTC加热器的主要实验的对象，也是寿命的特征参数，实验过程当中应该要着重于监控电阻的变化情况。实验的标准是新能源汽车在15年间运行300000km，也可以换算成15年当中运行17084h，每天平均在3.12h，其间如果没有产生故障就可以得出加热器的产品为3.52年[3]。

（三）实验控制

在进行控制实验当中要安装温度的采集器，把控处理器和功率管的温度情况，保存实验的通讯数据和高低压的参数，利用传感器进行数据采集，使用综合系统数据保存将实验的各项参数进行时间排序储存。使用的实验硬件可以分为高低功电压模块和滤波模块，数据采集系统可以分为通讯模块和数据采集模块。

（四）具体操作

具体的实验方式是将PTC空调总成放置于环境箱当中，利用导风管进行排风和进风模拟实际的使用环境，将高压和LC低通滤波连接到PTC空调总成，并联到低压，上位机和LIN盒与PLC进行并联，一起串联到PTC空调总成当中，最后连接到数据采集机组上进行数据的采集和读取。

（五）实验结果

将得到的PTC产品试验进行汇总和拟合整理可以得到数据拟合结果和PTC指标阈值，PTC的产品运行的时间是14666h，结合汽车的运行时间在1天有效运行3.12h，所以得出结论在14666h中寿命是12.79年。要特别强调的是此数据是本公司自主实验得出的结果，与其他的产品性能可能会存在一定的差距和出入，在实际的使用当中要以具体的实验结果为主。

结语：综上所述，对于PTC加热器的寿命研究要了解其相关的因素之间的联系，了解制热速度和产品寿命之间的联系以及安全性和稳定性，同时通过试验可以了解到PTC加热器的寿命试验方法、应力和剖面、试验控制和检测时机和检测的项目，最终得出实验的结果。

参考文献：

[1]赵书美，魏冬.电动汽车电池加热器控制方法的优化研究[J].光源与照明，2021（03）：84-85.

[2]王晓辉.一种电动汽车空调系统PTC加热器控制器设计[J].电子产品世界，2021，28（03）：39-41.

[3]赵继岭，王金航.基于电动汽车电池加热器的控制方法优化[J].汽车实用技术，2021，46（03）：10-14.

作者简介：

孙利献（1978.10），男，汉族，浙江温州，本科，主任工程师，车辆热管理系统匹配及开发。