汽车内饰导电织物加热技术

gushiren

越来越节能的汽车对车内采暖方案也提出了新的要求



“Novonic”是世界上第一种能够大批量生产制造的导电纱线。其最为突出的优点在于：这些纱线可以在电力作用下发热，能够传送数据信息并屏蔽辐射。目前，不同的OEM汽车生产厂家都在对这一产品进行应用探索。


德国Zimmermann公司和Str?hle+Hess公司在“Novonic”导电纱线的产业化生产方面进行了合作，并在汽车内饰的导电织物加热技术产品方面也进行着广泛的合作。两家公司提出的未来商务发展规划认为这一领域将会有几十亿欧元的广阔市场。

从设想到现实

两家公司最初的设想是：在车内乘员能够直接感觉到的地方产生热量，例如，车内地毯与乘员脚部相互接触的地方发热采暖，在车门内饰或者座椅装饰套处产生热量直接辐射到车内乘员身上。

Zimmermann公司是一家专业的纺纱厂，其产品销往纺织工业中几乎所有的领域。虽然身为导电纱线的发明者，但他们在汽车技术领域却一无所知。因此，他们与OEM汽车生产厂家之间的联系以及所需的汽车专业知识则依靠Str?hle+Hess公司。Str?hle+Hess公司是一家专业提供汽车内饰产品的企业，为欧洲几乎所有的高档轿车提供车内纺织饰品，如防水条和外部装饰织物等。同时，该公司还是梅赛德斯－奔驰公司惟一的车门密封用嵌条供应商。2007年其销售收入约为2 300万。




图1  Novonic导电纱线的结构：围绕莱卡纱芯缠绕的是镀银的铜丝，最外层是涤纶纤维





两家公司计划从2011年起，从导电纱线的大批量生产中获利。但有一点尚不能确定：导电织物加热技术仅在高档轿车中才有市场吗？采用电加热布料加热技术的电热毯是否能在大批量生产的汽车中大有所为？

在现在的车辆中，人们广泛采用的是对流式采暖：利用热交换器和排气采暖管道将发动机排出的热气引到驾驶室、放脚空间以及防风玻璃等处的出气口，有时也将这些热气引导到车窗窗槽处。在这些出口处，热气以很高的速度吹入汽车内部。

这种采暖方式的缺点和不足如下：

（1）侧面是需要加热而且也得到了合适温度的地方，放脚的地方和前排座椅的后部很难得到应有的温度；

（2）对流会产生很大的温度差，尤其在冬季，冰冷的车厢内部和玻璃给人不舒服的感觉；

（3）由于暖风管道具有一定横截面积，因而占用了行李箱中宝贵的空间。

另外，未来的汽油发动机提供的排气热量很少，甚至根本没有排气热量可供车内采暖使用。这与提高汽油发动机效率的发动机直接喷射技术密切相关。




图2  Nononic可能实现的功能和在车内的应用





柴油发动机、混合驱动车辆和电动车辆的情况也非常相似。目前，在德国行驶的柴油机轿车中，已经有70％的轿车需要配备电加热的PTC空气加热器，以便对空调管道中的空气进行加热。到2010年时，汽车市场对这一加热器具的需求量可达1 000万套，几乎翻了一番。

Novonic导电纱线的优点

目前，Zimmermann公司和Str?hle+Hess公司打算将自己的研发成果作为现有汽车采暖方案的替代方案推向市场。然而，要达到这一目的还需要一个较长的过程。首先，高档轿车的生产厂家必须把这种辅助采暖装置列入他们的选装件明细表中提供给用户。Zimmermann公司的领导人Hans－Peter Mauch先生说道：“例如在冬季选装件中，在前排的脚部区域和前排座椅的靠背处有辅助电加热布的车门内饰。”目前，德国南部的一家OEM汽车生产厂正在进行Novonic电加热织物的座椅外套试验。据Mauch先生介绍，目前该OEM厂商已经完成并通过了若干不同液体介质的承载测试。

Novonic导电纱线的优点在于：它可以用传统的纺织方法，例如纺织、编织或者编结等工艺进行加工，制作成布料、网状等任意受欢迎的图案和形状；也可以进行发泡处理、包裹一层塑料薄膜或者压入塑料薄膜，从而使这种导电纱线制作的电加热织物可用于各种汽车内饰。




图3  除了座椅以外，车门内饰和脚部区域都是使用电加热织物的理想部位





Novonic导电纱线的结构非常简单：内部是一个有弹性或者没有弹性的棉纱芯，在这纱芯上缠绕着螺旋状的导电电线，最外层是防护纱线。这种纱芯已经申请了专利保护。结合各种不同的高科技技术，可以使生产制造的导电纱芯有着很高的机械灵活性和很高的柔性，同时对弯折不敏感。

从研发到产业化生产

Zimmermann公司对于这种纱芯的研发始于2002年。那时，他们考虑增加纱线产品的辅助功能。在经过了开始阶段的成功之后，他们很快意识到了一些问题：例如所使用的不同纱线的弹性问题，不是能够依靠试验来解决的，相反要依靠科学知识才能解决。

2003年时，Zimmermann公司就开始了与科研部门和企业的团队合作，例如与Rent - a - Scientist公司的合作。很快，他们就获得了成功。Novonic导电纱线获得了2006年度的“巴伐利亚创新奖”，同时也开始了小批量的电加热织物的生产，即为服装生产厂商Reusch公司、Rossignol公司和HV集团公司提供产品，制作具有辅助加热功能的滑雪手套、滑雪夹克，其供电电源为蓄电池（9.6V，15W），每次使用2～8h时，可使用300次左右。

在汽车工业领域中，纺织物加热的电力由汽车启动电网供电，而且其产品的销售数量也会非常可观。迄今为止，Zimmermann公司在Novonic产品中的投资总额约400万，Str?hle+Hess公司在Novonic产品中的投资总额约为50万（其中30万用于生产设备）。

目前，Zimmermann公司和Str?hle+Hess公司统一了技术发展战略：从2008年5月中旬起开始向各大OEM汽车生产厂推介这种导电纱线。利用这种导电纱线可以生产出脚部采暖装置，汽车立柱处的纺织物加热表面、车门内饰和座椅扶手等部位都是这种导电纱线理想的应用部位。此外，座椅靠背和仪表盘靠近驾驶人员膝部的地方也都可以使用电加热织物进行采暖。其目的是让人们感觉到电加热织物的存在，使OEM汽车生产厂家们相信这种产品的特有功能。

另外，Novonic导电纱线还有很多其他特性，例如，用银丝制成的外部屏蔽层能够屏蔽99.9999%的电磁辐射，从而也适合于进行数据传输。