핵심Ev PTC 히터이 시스템은 PTC(양의 온도 계수) 서미스터의 재료 특성을 활용하고, 전기 자동차의 고전압 전원 공급 시스템 및 열 관리 회로와 결합하여 난방을 구현합니다. 기본적으로 전기 에너지가 열 에너지로 직접 변환되어 냉각수/공기 등의 매개체를 통해 차량 내부 또는 배터리로 전달됩니다. 이 시스템은 추가적인 복잡한 온도 제어 장치 없이도 전 과정에 걸쳐 자체 제한 및 자체 조절 기능을 갖추고 있어 신에너지 자동차에 효율적이고 안전한 난방 솔루션을 제공합니다.
전체 프로세스는 핵심 소재 원리와 자동차 적용을 위한 실제 워크플로우라는 두 단계로 나뉩니다. 후자는 적용 시나리오(실내 난방/배터리 난방)에 따라 약간씩 달라질 수 있습니다. 자동차 적용의 주류는 다음과 같습니다.액체 냉각식 PTC 히터(냉각수 열교환 방식)을 사용하는 반면, 소량의 실내 난방은 공기 가열식 PTC 히터(직접 공기 열교환 방식)를 사용합니다. 각각에 대한 설명은 다음과 같습니다.
1. 기본 핵심 원리: PTC 서미스터의 가열 및 자체 온도 제한 원리
핵심 발열체PTC 히터이 제품의 모든 특성은 PTC 세라믹 시트(미량의 희토류 원소가 도핑된 바륨 티타네이트 기반 반도체 세라믹)에 기인합니다.
가열: PTC 세라믹 칩은 정격 전압(자동차용 고전압 DC, 예: 300V+/400V+)에서 내부 전도성 입자를 통해 전도성 경로를 형성하여 전류가 흐를 때 줄열을 발생시키고, 높은 가열 효율(에너지 변환 손실 없음, 거의 100%)로 전기 에너지를 열에너지로 직접 변환합니다.
자체 제한 온도(핵심 특성): PTC 세라믹 칩의 온도가 퀴리 온도(재료의 임계 온도, 일반적으로 자동차용으로는 120~180℃)에 도달하지 않으면 저항값이 매우 작아지고, 연속적인 고전류 및 고출력 발열이 발생하여 온도가 급격히 상승합니다.
온도가 퀴리 온도를 초과하면 내부 전도 경로가 급격히 끊어지고 저항이 기하급수적으로 증가합니다(상온 저항의 최대 10³~10⁶배). 옴의 법칙(P=U²/R)에 따라 일정한 전압 하에서 발열량은 급격히 감소하고 발열 속도는 열 방출 속도보다 낮아집니다. 따라서 온도는 자연스럽게 퀴리 온도 근처에서 안정화되고 더 이상 상승하지 않아 근본적인 건조 연소 및 과열을 방지할 수 있습니다.
자가 복구 기능: 열 방출(냉각수/공기 흐름 등)로 인해 온도가 퀴리 온도 이하로 떨어지면 저항이 빠르게 낮은 저항 상태로 회복되어 고출력 가열을 재개하고 온도 출력의 동적 자가 조절을 구현합니다.
2. 자동차용 주류 솔루션: 액체 냉각식 PTC 히터(실내/배터리 난방용 범용)의 작동 원리
90% 이상의 전기 자동차는 고압 액체 냉각식 PTC 히터(소형 구조, 균일한 열 교환, 실내 온풍 회로 및 배터리 온도 제어 회로에 적합)를 사용하며, 이는 신에너지 자동차의 냉각수 순환 회로에 통합되어 있습니다. 실내 및 배터리 가열은 동일한 PTC 가열 시스템의 서로 다른 회로 간 전환을 통해서만 이루어집니다. 핵심 과정은 동일하며, 네 단계로 나뉩니다.
전원 공급 시동: 차량 VCU(차량 제어 장치)는 실내 에어컨 작동 명령/배터리 온도 센서 신호(배터리 온도가 5℃ 미만일 경우 예열 필요)를 기반으로 PTC 히터에 시동 신호를 보내고, 동시에 차량 고전압 배터리의 전원 공급 회로를 연결합니다. 고전압 직류 전원이 PTC 발열 소자에 입력됩니다.
전기를 열로 변환: PTC 세라믹 플레이트는 고전압 전류 하에서 빠르게 열을 발생시켜 수초 내에 작동 온도에 도달하며, 이 열은 PTC 히터의 방열 챔버/열 교환 튜브로 전달됩니다.
냉각수 열교환: 차량의 열 관리 시스템에 내장된 전자식 워터 펌프가 냉각수를 PTC 히터의 열교환 튜브 내부로 순환시킵니다. PTC 발열체로부터 열을 흡수한 냉각수는 고온의 냉각수(일반적으로 40~60℃, 필요에 따라 조절 가능)가 됩니다.
열 전달
차량 내부 난방: 고온의 냉매가 차량 내부의 온풍 코어로 유입되고, 차량 에어컨의 송풍기가 찬 공기를 온풍 코어를 통해 불어넣습니다. 찬 공기는 냉매의 열을 흡수하여 뜨거워지고, 이 뜨거운 공기가 공기 배출구를 통해 차량 내부로 보내져 차량 내부를 따뜻하게 합니다.
배터리 가열: 고온의 냉각수가 파워 배터리 팩의 수냉식 플레이트/열교환 회로로 직접 유입되어 열전도를 통해 배터리 모듈을 균일하게 가열하고, 배터리 온도를 적절한 충방전 범위(일반적으로 10~35℃)까지 상승시켜 저온 환경에서의 내구성 저하 및 충방전 제한 문제를 해결합니다.
추가 설명: 냉각수는 열 교환을 완료한 후 온도가 낮아지고 파이프라인을 통해 PTC 히터로 다시 흘러 들어가 열을 재흡수하여 폐쇄 순환을 형성하고 지속적으로 가열합니다. 실내/배터리가 목표 온도에 도달하면 VCU는 PTC 고전압 전원 공급을 차단하고 가열을 중지합니다.
3. 소규모 솔루션: 풍열 가열식 PTC 히터의 작동 흐름 (객실 일부 난방에만 사용)
일부 초소형 전기차 및 저가형 모델의 실내 난방에는 공랭식 PTC 히터(냉각수 열교환 없이 공기를 직접 가열하는 방식)가 사용되며, 구조가 더 간단하고 핵심 작동 방식은 다음과 같습니다.
고전압 입력 PTC 세라믹 발열체가 열에너지를 직접 발생시킵니다.
에어컨 송풍기가 PTC 발열체 표면 위로 찬 공기를 불어넣으면, 이 찬 공기가 고온의 PTC 세라믹 판과 직접 열을 교환하여 뜨거운 공기가 됩니다.
뜨거운 공기가 공기 배출구를 통해 객실 내부로 직접 유입되어 빠른 난방이 이루어집니다.
단점: 열 전달이 고르지 않고, 국부적인 열풍 발생 가능성이 높으며, PTC 발열체가 공기와 직접 접촉하므로 높은 수준의 방진 및 방수 성능이 요구됩니다. 따라서 저가형 소형 자동차 모델에만 사용되며, 액체 냉각 방식은 중고가 신에너지 차량에 사용됩니다.
게시 시간: 2026년 1월 30일
