Elektroheizungskonzept
Vor der Entwicklung wurden mehrere bestehende und potenzielle Technologien (z. B. drahtgewickelter Widerstand oder Heizung mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC)) analysiert. Vier Hauptentwicklungsziele wurden bewertet und mehrere potenzielle Technologien wurden im Hinblick auf diese Ziele verglichen:
(1) In Bezug auf die Effizienz muss das neue Heizgerät insofern hocheffizient sein, als es in der Lage sein sollte, die erforderliche Wärmeleistung über einen weiten Bereich von Kühlmitteltemperaturen und bei allen Spannungen bereitzustellen;
(2) Das neue Heizgerät muss hinsichtlich Masse und Größe möglichst klein und leicht sein;
(3) Im Hinblick auf Verwendbarkeit und Kosten muss die Verwendung von Seltenerdmaterialien und Pb vermieden werden, während die Kosten des neuen Produkts wettbewerbsfähig sein müssen;
(4) Aus sicherheitstechnischer Sicht müssen Unfälle durch Stromschlag oder Verbrühungen unter allen Umständen verhindert werden.
Unter den bestehenden Konzepten elektrischer Heizungen für Automobile sind PTC-Heizungen mit Widerständen aus Bariumtitanat (BaTiO3) mit positivem Temperaturkoeffizienten am beliebtesten. Aus diesem Grund wird sein Funktionsprinzip in einigen Details erläutert und mit einem nach dem HVH entwickelten Flächenheizer für Hochspannungsheizer verglichen.
Obwohl die selbstbegrenzenden Eigenschaften des PTC-Elements in mancher Hinsicht das Design des Systems erleichtern können, insbesondere für Fehlermodi, hat es bestimmte inhärente Nachteile, von denen die wichtigsten sind:
(1) Die Notwendigkeit einer Pb-Dotierung, wenn die PTC-Temperatur 120 Grad übersteigt. Um eine schnelle Wärmeübertragung in einer kleinen Packungsgröße sicherzustellen, müssen PTC-Elemente in dem Temperaturbereich arbeiten, in dem eine Pb-Dotierung erforderlich ist, wenn Kühlmittelheizungen für Kraftfahrzeuge verwendet werden;
(2) Die Verwendung des Seltenerdmetalls La ist für PTCs weit verbreitet;
(3) Das nichtlineare Widerstands-/Temperaturprofil, das zu einem hohen Anlaufstrom führt, wenn es erregt wird, macht in Kombination mit dem hohen thermischen Widerstand des PTC-Elements die Ansprechzeit der PTC-Heizung relativ langsam;
(4) Die niedrigere PTC-Temperatur führt dazu, dass weniger Wärme auf das Kühlmittel übertragen wird, wodurch die Wärmeleistung verringert wird, wenn die Kühlmitteltemperatur ansteigt;
(5) Wenn die PTC-Temperatur niedriger wird, nimmt die Wärmeleistung ab, wenn die Spannung abnimmt, wodurch die Wärmeübertragung begrenzt wird. (6) Da die Temperatur des PTC-Elements direkt mit der angelegten Spannung zusammenhängt, ist sie bei Teillast schwierig zu steuern.
