מדוע היא טכנולוגיית חימום-עבה
הבחירה האופטימלית כרגע?
שיטות החימום המרכזיות התפצלו לשני מסלולים טכנולוגיים-מחממי PTC ומערכות משאבות חום. עם זאת, היחסים ביניהם אינם סותרים זה את זה; זה יותר כמו זוג משלים. מַדוּעַ?
בואו נסתכל תחילה על מחממי PTC.
PTC קיצור של תרמיסטור מקדם טמפרטורה חיובי. כאשר טמפרטורת הסביבה יורדת, גם ההתנגדות של PTC יורדת. בשלב זה, כאשר זרם מופעל במתח קבוע, ההתנגדות הירידה מובילה לזרם מוגבר, והחום שנוצר גדל בהתאם, ובכך משיג אפקט חימום.
ישנן שתי שיטות חימום PTC: חימום על בסיס מים- וחימום על בסיס אוויר-. הראשון מחמם את נוזל הקירור דרך ה-PTC, אשר לאחר מכן מחליף חום עם הרדיאטור; האחרון מחליף חום ישירות עם ה-PTC, ובסופו של דבר מוציא אוויר חם החוצה.
הטכנולוגיה בשלה, אך הבעיה נעוצה בצריכת האנרגיה הגבוהה של חימום PTC, שמקטינה מאוד את טווח הנסיעה של כלי רכב חשמליים. לדוגמה, מחמם PTC 2kW צורך 2 קילוואט חשמל כדי לפעול בעוצמה מלאה למשך שעה אחת. אם נחשב על סמך צריכת חשמל של 15 קילו-וואט ל-100 ק"מ, 2 קילוואט-שעה ישוו בערך לטווח נסיעה של 13 ק"מ. במציאות, המערכת שולטת גם על הספק של יחידת PTC (Power Transmission Control): הפשרת השמשה הקדמית דורשת כ-2-3 קילוואט של הספק PTC; חימום נוזל הקירור עשוי לדרוש בסביבות 6 קילוואט.
לכן, "המקבילה הפלסטית" של ה-PTC, משאבת החום, נכנסת לתמונה.
משאבת חום פועלת כ"מעביר" חום-היא סופגת חום מ"חפץ" בטמפרטורה-נמוכה, כגון אוויר קר מחוץ למכונית, מעבירה אותו לנוזל העבודה, ולאחר מכן דוחסת את נוזל העבודה כדי להעלות את הטמפרטורה שלו. לבסוף, נוזל העבודה בטמפרטורה- גבוהה מחליף חום עם האוויר בתוך המכונית דרך המעבה, ומשיג את הפונקציה של אוויר חם.
בדרך כלל אנו משתמשים ב-COP (Coefficient of Performance) כדי למדוד את הביצועים של מזגן. ערך COP גבוה יותר מצביע על יעילות המרה גבוהה יותר וחיסכון גדול יותר באנרגיה. תיאורטית, ערך ה-COP לחימום של משאבת חום מגיע בין 2 ל-4. כלומר, עם אותה צריכת אנרגיה, משאבת חום מפיקה פי 2-4 יותר חום מאשר PTC.
אם משאבות חום כל כך מצוינות, מדוע עדיין יש צורך ב-PTC? הבעיה נעוצה בהיבטים ה"תיאורטיים".
בסביבות-טמפרטורות נמוכות, משאבות חום נוטות להיכשל-ב-20 מעלות, ה-COP (מקדם ביצועים) של משאבת חום יורד ל-1, וכמעט הופך אותה ללא פעילה; ב-10 מעלות עד 0 מעלות, ה-COP הוא 1-2, מעט טוב יותר ממשאבות חום PTC (Potentially Transmitted Chromium). לכן, טסלה מפעילה PTC עזר ב-10 מעלות עד 0 מעלות כדי לסייע בחימום; ברגע שהטמפרטורה עולה מעל 0 מעלות, הוא עובר בחזרה למשאבת החום. ה-HiPhi X משתמש במשאבת חום עקיפה, המחייבת גם PTC כמקור חום עזר לחימום מהיר בטמפרטורות נמוכות.
טכנולוגיית PTC היא פשוטה, אך המגבלות המובנות שלה כוללות קיבולת מוגבלת, חוסר יציבות וצריכת חשמל גבוהה; למשאבות חום יש תקרה גבוהה, אבל העלות הגבוהה שלהן והטכנולוגיה הלא בשלה גורמים לכך שטכנולוגיות עתידיות כמו משאבות חום CO₂ עדיין מתפתחות, הדורשות פתרונות משלימים אחרים.
זהו פתרון שיכול להחליף במהירות PTC ולעבוד היטב עם משאבות חום-עבה-עם טכנולוגיית חימום סרטים.
חימום-סרט עבההטכנולוגיה משתמשת בחומרים אלקטרו-תרמיים- נדירים של אדמה עבה-, המודפסים על מצעים שונים (נירוסטה, אלומינה, אלומיניום ניטריד, זכוכית, קרמיקה וכו') תוך שימוש בתהליך הדפסת מסך, כדי להמיר אנרגיה חשמלית לאנרגיית חום.
ההבדל בין החומרים המוליכים ובעקרונות הטכניים קובע ישירות את היתרונות והחסרונות בביצועים של שתי הטכנולוגיות.
סינרגטיים יותר: מחממי סרט עבה-מתעלים על טכנולוגיית PTC במונחים של זרם התנעה, מתח אדוות וזרם אדוות, משפיעים פחות על מערכת החשמל של הרכב, מבטיחים את היציבות והאמינות של ביצועי הרכב ושומרים על השפעות חימום מצוינות בתנאי טמפרטורה שונים.
יעיל יותר: היעילות התרמית של מחממי סרטים עבים- גבוהה ב-7% מלאים מזו של טכנולוגיית PTC, חוסכת באנרגיה ומשפרת משמעותית את טווח הנסיעה של כלי רכב חשמליים.
מהיר יותר: זמן ההפעלה המלא- של מחמם סרט עבה- הוא רק 30 מילישניות, בעוד שדוד ה-PTC ה"מהיר-בקצב" דורש כ-28 שניות כדי להגיע לתפוקת הספק המלאה.
עם החדירה הגוברת של פלטפורמות מתח גבוה- של 800V, טכנולוגיית חימום-סרט עבה, המסוגלת לעמוד במתח גבוה של 1500V, צפויה להחליף את טכנולוגיית ה-PTC "650V-מוגבלת" ולהפוך לבחירה המרכזית בתעשייה העתידית. יתר על כן, מחממי סרט עבה- יכולים להסתגל בצורה מושלמת למפרטי מתח שונים של אספקת החשמל, ולספק אפשרויות עבור דגמי רכב שונים.
