Výskum integrovaného tepelného riadiaceho systému tepelného čerpadla
pre čisto elektrické úžitkové vozidlá
1. Tradičný systém tepelného manažmentu
Systémy tepelného manažmentu bežne používané pri navrhovaní čisto elektrických úžitkových vozidiel pre hlavné zdroje tepla zahŕňajú tepelný manažment batériového systému (BTMS), tepelný manažment klimatizačného systému a tepelný manažment elektronického riadiaceho systému motora. Tradičný decentralizovaný systém riadenia teploty spočíva v tom, že tri slučky batérie, klimatizácie a elektronického riadiaceho systému motora sú na sebe nezávislé. Každý z nich má kompletný systém regulácie teploty a potrubný systém. Preto počas prevádzky vozidla existuje elektrický vykurovací systém pre určitý systém. Zároveň nie je plne využitá vonkajšia energia rozptylu tepla iného komponentu alebo systému, čo spôsobuje nielen plytvanie energiou, ale je to škodlivé aj pre úsporu energie a ochranu životného prostredia. Na druhej strane, kvôli nízkej úrovni integrácie celého systému tepelného manažmentu sú potrubia zložité, počet dielov je vysoký, náklady sú vysoké a kvalita vozidla je ťažká. To tiež urýchľuje spotrebu energie batérie počas prevádzky vozidla a znižuje životnosť vozidla. Počet najazdených kilometrov má značný vplyv na hospodárnosť vozidla.
2. Integrovaný systém tepelného manažmentu typu tepelného čerpadla
Na základe integrovaných systémov tepelného manažmentu, aby sa lepšie splnila vysoká teplotná citlivosť batérií, zložitosť a zdokonalenie tepelného manažmentu čisto elektrických úžitkových vozidiel sa neustále zvyšuje a pridávajú sa niektoré inovatívne aplikácie, ako napríklad technológia tepelných čerpadiel je jedným z nich. Samotné tepelné čerpadlo nevyrába teplo, ale je len prenášačom tepla. Na základe princípu reverzného Carnotovho cyklu (obrázok 1) využíva malé množstvo elektrickej energie na pohon jednotky, cirkuluje pracovné médium v maskovanej fáze a absorbuje, stláča a ohrieva nízkokvalitnú tepelnú energiu pred jej využitím. Medzi hlavné komponenty tepelného čerpadla patrí chladivo, kompresor, kondenzátor, expanzný ventil a výparník. Ide o uzavretú slučku, v ktorej sa médium, chladivo/chladivo, nepretržite stláča a expanduje v slučke. Pri každom stlačení a roztiahnutí (teda pri každom cykle prevádzky) chladivo „vytiahne“ teplo z prostredia s nízkou teplotou a odovzdá ho do prostredia s vysokou teplotou. Vzduch sa nepoužíva ako chladivo, aj keď nespôsobuje znečistenie a je bezplatný, pretože jeho tepelná účinnosť na cyklus je dosť nízka. Skutočne použité chladivo je kvapalina, ktorá sa pri absorbovaní tepla vyparuje a pri odvádzaní tepla kondenzuje. Proces zmeny kvapalnej formy môže výrazne zlepšiť tepelnú účinnosť v každom pracovnom cykle. Systém tepelného čerpadla má dva pracovné režimy: chladenie a kúrenie. Integráciou technológie tepelného čerpadla s integrovanými systémami tepelného manažmentu možno vyvinúť nové integrované systémy tepelného manažmentu typu tepelného čerpadla. Klimatizačný systém tepelného čerpadla využívajúci túto technológiu využíva elektrický kompresor klimatizácie a využíva reverzibilné charakteristiky chladiaceho cyklu na integráciu chladenia a vykurovania. Má výhody dobrej všestrannosti, kompaktnej konštrukcie, vysokej účinnosti, úspory energie a ochrany životného prostredia a stal sa novým typom klimatizácie vozidla. trend. V podmienkach vykurovania v zime môže COP (Coefficient of Performance) dosiahnuť 2 až 4. Energetická účinnosť je mnohonásobne vyššia ako u vykurovacieho systému PTC bežne používaného v oblasti čistých elektrických vozidiel, ktorý dokáže efektívne predĺžiť dojazd o viac ako 20 %. K súčasným typom systémov tepelných čerpadiel patria najmä klimatizačné systémy s priamym tepelným čerpadlom, nepriame klimatizačné systémy s tepelným čerpadlom a klimatizačné systémy s priamym tepelným čerpadlom dopĺňajúce vzduch a zvyšujúce entalpiu. Ako je znázornené na obrázku 2, možno ich použiť na vykurovanie a chladenie. Laicky povedané, použitím štvorcestného reverzného ventilu v systéme tepelného čerpadla je možné zameniť funkcie výparníka a kondenzátora klimatizácie tepelného čerpadla a zmeniť smer prenosu tepla, čím sa dosiahne efekt chladenia v lete resp. vykurovanie v zime.
3. Výhody a nevýhody integrovaného systému tepelného manažmentu tepelného čerpadla
Hlavné výhody sú: 1) Silná systémová integrácia: viaceré podsystémy tepelného manažmentu sú integrované do jedného systému, aby sa dosiahlo jednotné riadenie a optimalizácia; pomáha to znížiť zložitosť systému a zlepšiť efektivitu správy. 2) Energetická účinnosť Presným riadením teploty a tepelného toku každého komponentu možno energiu využívať efektívnejšie a znížiť spotrebu energie. 3) Inteligentné riadenie: Zvyčajne vybavené pokročilými senzormi a riadiacimi systémami, ktoré dokážu monitorovať a upravovať prevádzkový stav systému v reálnom čase, aby sa dosiahlo inteligentné riadenie. 4) Prispôsobivosť prostredia: Prevádzkovú stratégiu je možné automaticky upraviť podľa podmienok prostredia, aby sa zlepšila adaptabilita a stabilita systému. 5) Inštalácia a údržba: Integrovaný systém tepelného manažmentu má kompaktnú štruktúru a ľahko sa inštaluje.
Hlavné nevýhody sú: 1) Vysoká technická náročnosť: je potrebné integrovať viacero podsystémov, technická náročnosť je pomerne vysoká a vyžaduje sa odborná technická podpora. 2) Veľká počiatočná investícia: Keďže integrovaný tepelný manažment vyžaduje integráciu viacerých podsystémov, počiatočná investícia je pomerne veľká. 3) Vysoké náklady na údržbu: Vzhľadom na vysokú zložitosť systému sú relatívne vysoké aj náklady na údržbu integrovaného tepelného manažmentu. Stručne povedané, integrované tepelné čerpadlo tepelného čerpadla s cieľom zlepšiť komplexný výkon vozidla, štandard integrovanej optimalizácie dizajnu a prostriedky viacsystémového koordinovaného riadenia a celkového riadenia má veľké výhody v účinnosti využitia energie, inteligentné environmentálnej adaptability a dlhodobej výkonnosti. Má značné výhody z hľadiska životnosti a ďalších aspektov a tieto výhody sú všeobecným trendom vo vývoji tepelného manažmentu vozidiel v budúcnosti.
