【电动汽车拆解】制暖（八）：用电加热器代替发动机
2009/12/22 00:00
电动汽车（EV）的课题之一在于保证车内的制暖性能。发动机车能够利用发动机产生的热量使车内保持足够温暖。而EV没有发动机，因此制暖热源须有保证。三菱重工业为EV开发出了用电发热的加热器。已由三菱汽车EV“i-MiEV”制暖系统所采用。
三菱汽车2009年7月上市的电动汽车“i-MiEV”采用了三菱重工业生产的电加热器作为空调的制暖热源（图1）。
![]() | | 图1：三菱汽车的电动汽车“i-MiEV”和制暖系统（a）i-MiEV。制暖的热源采用了三菱重工为EV全新开发的加热器。（b）制暖系统。加热器配置在驾驶席和副驾驶席之间的地板下方。 |
传统发动机车一直把发动机散热作为制暖热源。但电动汽车（EV）没有发动机，混合动力车（HEV）在发动机停转时车内也需保暖。而此次采用的电热式加热器因可用电取暖，是EV和HEV有效的制暖方式。
i-MiEV采用的加热器由可用电发热的PTC（Positive Temperature Coefficient）加热器元件、将加热器元件的热量传送至散热剂（冷却水）的散热扇、散热剂流路和控制底板等组成（图2）。因要求加热器要有较高的制暖性，因此，电源使用的是驱动马达的锂离子充电电池（330V），而非铅充电电池（12V）。
![]() | 图2：加热器机身
内部有板状加热器元件。通过在元件两侧通入散热剂（冷却水）提高散热性。 |
由于要制造的小型单元要使用330V高电压，用少量放热元件产生大量热量，因此，加热器需要丰富的设计和制造技术经验。
用PTC加热器将水加热
加热器元件采用了普通PTC元件。PTC元件夹在电极中间，具有电阻随元件温度改变的性质。
在低温区，电阻低，电流流通产生热量，随着温度升高，电阻逐渐增大，电流难以流通，发热量随之降低。PTC元件的特性据称符合汽车的制暖性能要求——具备在低温区的高制暖性能。
此次开发的加热器由四片平面状加热器元件横向排列组成。元件两侧有散热扇，散热剂能够在流动中接触散热扇，吸收加热器的热量（图3）。4片加热器元件面积各异，通过改变发热元件的数量和组合，可以分级切换制暖能力。
![]() | 图3：加热器截面图
机身上半部分有控制底板，下半部分有加热器元件等放热部分。散热剂利用散热扇加热。 |
加热器元件为加载高电压，以绝缘材料裹覆。采用的绝缘材料有氧化铝材料和硅树脂材料两种。加热器元件的两侧先用氧化铝材料夹裹、再以硅材料夹覆。将加热器元件双重夹裹是为了提高拼接精度。因为内侧的氧化铝偏硬，所以多覆盖一层硅板能够提高与散热扇之间的密闭性，确保其散热性。现行产品使用2种绝缘体，计划2013年左右投放的第3代产品将使绝缘体的种类减少到1种。
加热器上有散热剂的入口和出口（图4）。散热剂经上方进入加热器元件之中。元件中的流路因采用了弯折结构，使散热剂的入口和出口得以设置在左右两端。如果散热剂通路不弯折，则入口和出口就必须在单元的左侧或右侧重叠配置，使加热器的尺寸加大。散热扇为铝合金制成。为了提高气密性，接合面在压铸成形后进行了切削。
![]() | 图4：加热器内的散热剂流路
散热剂从加热器元件的两面通入，能够实现高效放热。流路采用了散热剂入口和出口分别位于左右两侧的设计。 |
此加热器属加热散热剂的类型。使用散热剂的一大原因是为了沿用现有发动机车的制暖系统。
沿用汽油车的制暖系统
发动机车的制暖系统由发动机、散热剂、加热芯和送风的鼓风机马达组成。吸收发动机的热量温度升高的散热剂在加热芯中受风，为车内制暖。由于i-MiEV是以发动机车“i”为原型设计的EV，因此，只要有散热剂式加热器和电动水泵就能够沿用i的机构。
如果是开发EV专用产品，也可以不使用散热剂，直接用鼓风机吹送经PTC加热器加热的暖风即可。
但如果这样，即便EV特有结构能够实现，对现有系统也需要进行多处变更，使可靠性验证进度拖延。因此，i-MiEV从利用现有系统、以可靠性为重的角度出发，采用了使用散热剂的加热器单元。
从制暖系统整体来看，发动机车与i-MiEV等EV的区别如下（图5）。首先是上面提到的热源由加热器取代了发动机。发动机车是依靠曲轴旋转带动散热剂循环，EV则需要新增电动泵。
![]() | 图5：制暖系统的区别（发动机车和EV）
（a）发动机车的制暖系统。热源和散热剂循环由发动机的驱动力带动。当加温后的散热剂通过加热芯时，鼓风机马达向加热芯送风，为车内取暖。（b）EV的制暖系统。因为没有发动机，所以热源为加热器，配备了带动散热剂循环的电动水泵。 |
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