PTC-element för värme i elbilen

Det hade varit skönt att få lite värme i Hundkojan nu under vintern, även om den riktiga kalla vintern ännu inte kommit.

Det finns väl egentligen två lösningar som jag ser det.

Enklast vore nog ett klassiskt vattenbaserat värmesystem med en radiator med fläkt i kupén, en cirkulationspump och en elektrisk vattendoppvärmare. Det känns tyvärr som ett system med onödigt många komponenter och dessutom en onödigt lång tidsfördröjning innan värmen kan utvinnas.

Lite mer utmaning är det att gå på en lösning med PTC-värmere. Denna skall i så fall anslutas på HV-spänning för hög effektivitet och för att inte belasta Elkojans DCDC-omvandlare.

Lite fakta:
PTC-element, även kallade PTC-värmare är en dopad polycrystallinkeram, baserad på bariumtitanat (BaTiO3). Genom en speciell dopingsprocedur går det att erhålla hög konduktivitet vid relativt låga temperaturer. I dessa låga temperaturer, beter sig PTC-elementet som en klassisk halvledare med en negativ temperaturkoefficient (NTC). Men när den definierade Min-temperaturen överskrids, ökar motståndet snabbt med en faktor 10 (logaritmiskt), se bild.

Det finurliga är att denna PTC-keram inte kan nå brandfarligt höga temperaturer eftersom resistansen ökar med ökande temperatur, på detta sätt är den självbegränsande. Kylning av PTC-keramen från t.ex. en fläkt minskar resistansen och mer energi kan tas ut.
Dessa egenskaper är alltså idealiska för uppvärmningsapplikationer. PTC-element kallas därför för "självreglerande" eller "dynamiska" värmare .

Jag gissar att det krävs en hel del laborerande för att optimalt kunna utvinna värme med PTC-teknik.
Om jag skulle använda ett PTC-element med 4000W så drar detta 10-12A med min HV-systemspänning på 360V. Dessa värmare har som nämnts en inrusningsström som är 10 ggr högre än den vid arbetstemperaturen.  Detta innebär att PTC-elementet skulle dra 40kW under ett par sekunder tills dess att arbetstemperaturen uppnås. Det kanske kan vara möjligt att PWM-styra effekten, men det kan också göra att arbetstemperaturen adlig uppnås och strömmen inte minskar, vad vet jag.
En annan lösning är att ha flera parallella element och aktivera dem sekventiellt, eller en kombination av båda styrningarna.

Jag gjorde ett första tappert försök genom att skaffa en kupévärmare med PTC-element, en sådan som man kan köpa som biltillbehör. Jag tänkte att två seriekopplade 230V element skulle fungera fint i elbilen. Tyvärr visade det sig att kylflänsarna runt själva PTC:n INTE var isolerade från matningsspänningen. Detta skulle bli en livsfarlig kombination med fukt och vatten.

Avslutningsvis i detta inlägg så blir mitt nästa steg att hitta ett PTC-element med flera parallella 400VDC värmare och som dessutom är elektriskt isolerade.

Kommentarer