PTC 히터

PTC 히터(Positive Temperature Coefficient Heater)는 자동차 냉각수의 온도가 일정 온도에 도달하기 전에 전기 발열을 통해 난방을 작동하는 시스템이다.

[타고] 1개월 단위로 전기차가 필요할 때! 타고 월렌트 서비스

개요

PTC 히터는 온도 상승에 따라 저항이 증가하는 서미스터 소자를 활용하는 난방장치이다. 온도가 증가하면서 저항이 증가하기 때문에 특정 온도까지 도달하면 전류가 차단된다. 공기 중의 산소와 반응하지 않아 수명이 길고, 유해물질이 발생하지 않아 전기차의 메인 난방장치 중 하나로 쓰인다. 본래 항공기 난방 시스템을 위한 목적으로 개발되었다가, 현재는 자동차 난방장치로 쓰이고 있다. PTC 히터의 가장 큰 장점은 초기에는 최대 전력을 소모하여 빠르게 가열되고, 온도가 올라가면서 전력 소비가 점차 감소하여 가열 속도가 점차 줄어든다는 것이다. 또한 PTC 물질을 사용한 PTC 히터는 PTC 물질 자체가 센서 기능을 수행하기 때문에 외부 피드백 제어가 필요 없다. 덕분에 신속함은 물론 과열의 위험을 근본적으로 차단하여 안전하게 사용할 수 있다. 소음이 거의 없고 석영관 히터보다 발열체 크기가 작아 소형화한 제품을 만들 수 있다. 일반적으로 가솔린차는 냉각수의 온도가 빨리 올라가기 때문에 PTC 히터를 장착하지 않지만, 디젤차는 비교적 늦게 올라가기 때문에 보조난방장치인 PTC 히터를 장착하고 있다. 반면, 전기차는 엔진룸이 없기 때문에, PTC 히터를 보조난방이 아닌 주난방으로 사용하고 있다. 실외온도가 영하인 상태에서 전기차에 PTC 히터를 작동하면 배터리의 최대 40%가 난방에 사용되는 것이 단점이다. 실제로 서울시 전기택시 기사들은 동절기 1회 충전시 주행 가능거리가 최대 주행거리 135km의 약 60%에 해당하는 80km에 불과하다고 밝혔다. 또한 비슷한 기능을 하는 석영관 히터에 비해 가격이 높다.

원리

자동차 히터의 작동 원리 및 구조를 이해하려면 자동차 엔진과 냉각에 대한 이해가 필요하다. 자동차의 심장이라고 할 수 있는 엔진은 흡입-압축-폭발-배기의 4행정 기관이다. 연료를 압축하고 폭발시켜서 발생된 에너지를 이용해 크랭크축을 회전시키는 운동으로 전환시킨다. 이 과정에서 엔진 내부는 아주 높은 열이 발생된다. 이렇게 엔진 온도가 끊임없이 올라가면 문제가 발생된다. 이러한 현상을 방지하기 위해 내연기관에서는 냉각 시스템을 갖추고 있으며, 냉각수(부동액), 워터 펌프, 라디에이터 그릴, 냉각팬, 수온 조절기 등으로 구성되어 있다. 일련의 과정 중에서 뜨거워진 냉각수의 열을 이용해서 차량 내의 히터를 구동시킨다. 따라서 자동차가 냉간시(엔진이 아직 차가운 상태)라면 히터를 작동시키더라도 따뜻한 바람이 나오지 않는 구조이다. 특히나 날씨가 춥고 기온이 낮은 계절에는 그 시간이 더 길어지게 된다. 이러한 현상을 방지하기 위해서 자동차에 PTC 히터가 적용되기 시작했다. 자동차 PTC 히터는 세라믹 전도체를 응용한 보조적 수단의 히터이다. 사실 이런 방식의 히터는 실내에서 사용하는 전기 히터나 캠핑 시 사용하는 히터와 동일한 구조를 가지고 있다. PTC 히터는 차량 엔진 및 냉각수의 수온이 일정 수준으로 올라가기 전에 보조적으로 작동하게 되며. 초기 시동을 걸고 오랜시간을 운행하지 않아도 바로 따듯한 바람이 나오게 해 준다. 이후 냉각수의 수온이 규정치까지 상승하면 동작을 멈추고 냉각수를 이용한 히터가 동작하도록 자동 변경된다. 특히 전기자동차는 엔진이라는 내연기관이 없는 독특한 구조이기에 전통적인 방식의 실내 난방은 불가능하다. 따라서 주로 PTC 히터를 이용해서 히터 기능을 구현한다. 하지만 난방 방식의 구조적 한계상 전력을 너무 많이 소비한다는 특징이 있다. 한 번 충전해서 최대 주행 가능 거리를 다투는 전기차 시장에서는 매우 큰 단점으로 작용한다. 그래서 겨울철 전기차에서 히터를 작동시키면 소위 '배터리가 살살 녹는다'라는 표현이 있기도 하다. 그래서 고안된 기술이 바로 히트펌프라는 기술이다. 히트펌프 기술은 에어컨과 밀접한 관련이 있다. 에어컨은 냉매를 사용해서 열을 실내에서 실외로 또는 실외에서 실내로 옮겨주는 구조를 가지는데, 여기에서 착안하여 전기차에 접목시켰다. 전기차에는 큰 용량과 크기의 배터리를 탑재하고 있다. 그리고 배터리를 빠른 속도로 충전하고 방전하는 과정이 있다. 이런 상황에서는 전류가 이동하면서 배터리가 발열 상태가 된다. 히트펌프는 배터리에서 발생되는 열을 냉각시켜 주는 역할을 함과 동시에 배터리에서 빼앗은 열을 실내로 옮겨주는 역할을 한다. 실내 히터 동작시 일반 PTC 히터 방식보다 훨씬 더 적은 전력을 사용하기 때문에 겨울철에는 히트펌프 장치를 탑재한 전기차와 그렇지 않은 전기차 사이에 실제 주행거리 차이가 심하게 발생되기도 한다.

기술동향

대한민국에서 다양한 세라믹 히터나 PTC 히터를 제작하는 업체는 다수 존재하지만, 차량용 PTC 히터를 제작하는 업체는 우리산업㈜, 자화전자 정도이다. 특히 자동차용 저전압 PTC 공기가열 히터, 물 또는 공기가열 고전압 PTC 히터 등 다양한 종류의 차량용 PTC 히터를 전문으로 개발해 생산 공급하는 대표적인 업체는 우리산업㈜이다. 고전압 PTC 히터의 경우 공기 가열식이 주로 개발됐고 최근에 물 가열 방식의 고전압 PTC 히터 관련 연구 및 제품 생산이 이루어지고 있다. 현재 국내의 차량용 PTC 히터의 연구 및 기술개발 방향은 에버스패커(Eberspacher catem)와 매우 유사하게 진행되고 있으며 거의 동일한 제품군으로 경쟁하고 있음을 확인할 수 있다. 에버스패커는 폭스바겐을 비롯한 여러 유럽 자동차 회사의 친환경차에 PTC 히터를 공급하는 회사이다. 우리산업㈜은 현대자동차그룹의 친환경차 모델과 테슬라 모델S와 테슬라 모델X에 사용되는 PTC 히터 부품 전량을 납품하는 등 시장에서 PTC 히터에 대한 기술력과 품질을 인정받고 있다. 우리산업㈜의 PTC 히터 매출 비중에서 약 60%는 미국 전기차향 납품으로, 이는 주로 테슬라향 납품이다. 또한 중국 시장에서는 효감이라는 업체와 JV(조인트벤처) 설립 승인을 기다리고 있다. 우리산업㈜이 생산한 제품은 OEM 형태로 효감에게 공급되고 효감은 이를 완성차업체에 납품하는, 일종의 영업 대행 역할을 하고 있다. JV 설립허가를 받으면 우리산업㈜은 반조립 상태의 저가 제품 단자를 한국 공장에서 생산하고 이를 현지에서 단순 조립해서 중국 시장에 유통할 계획이다.

참고자료

• 양태훈 기자, 〈전기차 훈풍에...우리산업, 올해 흑자 전환 기대〉, 《디일렉》, 2022-03-04
• 사양모아, 〈PTC 히터란? PTC 히터의 원리와 장점〉, 《티스토리》, 2018-11-26
• 〈자동차 PTC 히터〉, 《한국에너지공단》, 2016-02-05
• 지안지산, 〈세라믹 히터와 PTC 히터의 차이점〉, 《티스토리》, 2020-10-17
• 우리산업, 〈전기차에 꼭 필요한 부품 ① 우리산업 - PTC Heater〉, 《증권플러스》, 2017-07-19
• itcarspot, 〈자동차 옵션표에 있는 PTC 히터란 무엇일까? 전기차 히터 구조 및 작동 원리〉, 《itcarspot》

같이 보기

• 냉각수
• 난방기

이 PTC 히터 문서는 자동차 전장에 관한 글로서 검토가 필요합니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 문서 내용을 검토·수정해 주세요.

자동차 : 자동차 분류, 자동차 회사, 한국 자동차, 독일 자동차, 유럽 자동차, 미국 자동차, 중국 자동차, 일본 자동차, 전기자동차, 자동차 제조, 자동차 부품, 자동차 색상, 자동차 외장, 자동차 내장, 자동차 전장 □■⊕, 자동차 부품 회사, 배터리, 배터리 회사, 충전, 자동차 판매, 자동차 판매 회사, 자동차 관리, 자동차 역사, 자동차 인물 자동차 전장 2채널 블랙박스 • 4채널 블랙박스 • 360도 블랙박스 • CAN • CANdb • ECU • HMI 계층 • LVDS • MCU • OBD • OTA • SOS 버튼 • UVC • V2G • V2L • VCU • 가상 엔진 사운드 시스템 • 디지털 신호처리장치(DSP) • 마이크로컨트롤러 • 무선충전기 • 미들웨어계층 • 배선 • 배선도 • 블랙박스 • 블루링크 • 어드밴스드 케어 • 와이어링 하네스 • 운영체제계층 • 응용계층 • 자동차 전장 • 전자제어장치 • 접지 • 접지선 • 제어회로 • 중앙제어장치 • 집적회로(칩, IC) • 차량용 반도체 • 첨단안전장치 • 충전기 • 컨비니언스 패키지 • 컴포트 패키지 • 텔레매틱스 • 트랙패드 • 파퓰러 패키지 • 하네스 • 하드웨어계층 • 하이테크 패키지 • 하이패스 단말기 • 회로 • 회로도 운전보조 360도 카메라 • 3D 클러스터 • ADAS • AEB • AVM • DDREM • DMP • FCA • GPS • HDA • HDA2 • HDA3 • HDP • HSAC • LDWS • LKA • NSCC • SVM • V2X • 경사로 밀림 방지 • 경사로 저속주행 • 고속도로 자율주행(HDP) • 고속도로 주행보조 • 과속단속 카메라 감지 • 광각카메라 • 나이트비전 시스템 • 내비게이션 • 내비게이션 기반 스마트 크루즈 컨트롤(NSCC) • 능동형 전복방지(ARP) • 드라이브 와이즈 • 드라이빙 어시스턴스 패키지 • 모니터 • 모니터링 • 브레이크 오버라이드 시스템(BOS) • 비상 자동제동 시스템 • 사각지대 감지 시스템 • 사각지대 경보장치 • 서라운드 뷰 모니터 • 스마트 크루즈 컨트롤(어댑티브 크루즈 컨트롤) • 스탑앤고 스마트 크루즈 컨트롤 • 스테레오 카메라 • 시티 세이프티 • 안드로이드오토 • 액티브 노이즈 컨트롤 • 액티브 디스턴스 어시스트 디스트로닉 • 어라운드 뷰 모니터링 • 어웨이 • 옴니뷰 기술 • 운전보조 • 운전자 주의 경고(DAW) • 원격 스마트 주차 • 자동긴급제동장치 • 자율주행 시스템 • 적외선 카메라 • 전기식 스티어링 컬럼 잠금(ESCL) • 전방 주시 경고 • 전방충돌방지보조 • 전방카메라 • 전후방카메라 • 증강현실 내비게이션 • 차로 이탈방지 보조 • 차선변경지원 시스템 • 차선이탈 경보 시스템(LDWS) • 차체 자세 제어장치(ESC, ESP, VDC) • 첨단 운전자 보조 시스템 • 카메라 • 카플레이 • 콕핏 플랫폼 • 크루즈 컨트롤 • 크리핑 • 트래픽 사인 어시스트 • 트랙션 컨트롤 시스템 • 페이스커넥트 • 헤드업 디스플레이(HUD) • 후방 교차 충돌방지 시스템 • 후방 긴급자동제동 • 후방모니터 • 후방주차 충돌방지 보조(PCA) • 후방카메라 • 후측방 모니터 • 후측방 모니터링 시스템 • 후측방 충돌방지 보조(BCA) • 후측방 충돌방지 시스템 조명 3차원 디지털 픽셀 • DRL • DTRL • LED • LED 라이트 • LED 램프 • LED 헤드라이트 • 경고등 • 경광등 • 경보등 • 등 • 등불 • 등화관제등 • 등화장치 • 라이트 • 라이트 캔버스 • 램프 • 레이저 • 레이저 라이트 • 룸램프 • 리어램프 • 멀티빔 • 무드등 • 미등 • 방향지시등(깜빡이) • 배니티램프 • 백열등 • 번호등 • 보조제동등 • 비상등 • 빔 • 사이드리피터 • 상단표시등 • 상향등 • 소등 • 손전등 • 실내등 • 실외등 • 안개등 • 앰비언트 라이트 • 오토 헤드램프 레벨링 시스템 • 전구 • 전구색 • 전등 • 전등갓 • 전조등(헤드램프, 헤드라이트) • 점등 • 제동등(브레이크등, 정지등) • 조명 • 조명기구 • 조명기기 • 조명등 • 조명장비 • 조명장치 • 주간주행등 • 주광색 • 주백색 • 지능형 헤드램프 • 지도등 • 지시등 • 차폭등(마커램프) • 코너링 램프 • 콤비네이션 램프 • 파킹램프(주차등) • 팝업 헤드램프 • 표시등 • 픽셀 라이트 • 하이빔 어시스트 • 하향등 • 할로겐 램프 • 헤드램프 와이퍼 • 후미등(테일램프) • 후미안개등 • 후진등 인포테인먼트 3D 사운드 시스템 • 5.1 채널 • A/V • AVN • CD • CID • DMB • DVD • FaaS • LCD • LED • MBUX • OLED • RSE • USB • 고가 스피커 • 노이즈 캔슬링 • 돌비 • 돌비 비전 • 돌비 애트모스 • 뒷좌석 듀얼 모니터 • 디스플레이 • 디지털 디스플레이 • 라디오 • 렉시콘 사운드 • 리모컨 • 메르세데스 미 커넥트 프리미엄 패키지 • 메리디안 사운드 • 메리디안 엘리베이션 • 미드레인지 • 미드우퍼 • 바워스 앤 윌킨스 사운드 • 뱅앤올룹슨 사운드 • 보스 사운드 • 보이스 어시스턴트 • 부메스터 사운드 • 블루투스 • 빌트인캠 • 사운드 • 사운드 시스템 • 서라운드 사운드 • 서라운드 스피커 • 서브우퍼 • 센터 디스플레이 • 소너스 파베르 사운드 • 스크린 • 스피커 • 스피커 그릴 • 액티브사운드(전자배기음) • 앰프 • 오디오 • 온디맨드 • 온디맨드 인포테인먼트 • 우퍼 • 음성명령 • 음성인식 • 음성제어 • 음향기기 • 음향장비 • 인포테인먼트 • 인포테인먼트 시스템 • 인포테인먼트 시스템 컨트롤러 • 저가 스피커 • 중가 스피커 • 차량용 인포테인먼트 시스템 • 카PC • 카오디오 • 카폰 • 터치스크린 • 트위터 • 티박스 • 파워앰프 • 프로젝터 • 하만카돈 사운드 • 하이파이 • 하이퍼스크린 • 핸즈프리 • 햅틱 • 헤드유닛 • 화면 공조장치 PTC 히터 • 가습 • 가습기 • 공기청정기 • 난방 • 난방기(히터) • 냉각수 온도계 • 냉매 • 냉방기 • 도그모드(강아지모드, 애견모드) • 디포거(김 서림 방지 장치) • 선풍기 • 에어컨 • 에어컨필터 • 열교환기 • 예열 • 예열제상 • 온도계 • 응축기 • 이온발생기 • 제상 • 제습 • 제습기 • 증발기 • 컴프레서 • 투명히터 • 풀오토 에어컨 버튼과 스위치 근접스위치 • 레벨스위치 • 리드 스위치 • 리미트 스위치 • 마이크로 스위치 • 버저(부저) • 버튼 • 벨 • 볼륨 스위치 • 셀렉터 스위치 • 스위치 • 스피드 스위치 • 시동버튼(스타트 스위치) • 신호 • 신호음 • 썬루프 스위치 • 압력스위치 • 열선스위치 • 온도스위치 • 워크인 스위치 • 유량스위치 • 잠금장치 • 전기스위치 • 전조등 스위치 • 조이스틱 스위치 • 차일드락 • 창문 스위치 • 창문잠금장치 • 토글 스위치 • 트렁크 열림 버튼 • 파워윈도우 스위치 • 푸시버튼 스위치 • 하차벨 • 햅틱버튼 센서 MEMS센서 • 가상센서 • 가속도센서 • 가스센서 • 감압식 센서 • 공기질센서 • 광센서 • 근접센서 • 냉각수 온도센서 • 노크센서 • 녹스센서 • 라이다 • 레이다 • 레인센서(우적센서) • 바이오센서 • 배기가스온도센서 • 버클센서 • 산소센서 • 센서 • 소리센서 • 속도센서 • 스로틀 포지션 센서 • 습도센서 • 압력센서 • 액추에이터 • 에어백센서 • 에어플로우 센서 • 온도센서 • 유량센서 • 이미지센서 • 자율주행센서 • 자이로스코프(자이로센서) • 점유센서(점유감지센서) • 정전식 센서 • 조도센서(일사센서) • 조향각센서 • 주차보조센서 • 중력센서 • 지문센서 • 지자기센서 • 차량용 센서 • 초음파센서 • 충격센서 • 충돌방지센서 • 카메라센서 • 크랭크각 센서 • 타이어 공기압 경보장치(TPMS) • 타이어 공기압 센서 • 타이어 압력 경고등 • 토크센서 • 하이트센서(차고센서) • 후방감지센서 • 흡기 온도센서 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반