História vývoja elektrických vozidielTermálne
Technológia riadenia
Tepelný manažment vozidla je jednou zo základných technológií pre vývoj elektrických vozidiel, zahŕňajúci viaccieľový manažment, ako je riadenie teploty a vlhkosti prostredia v kabíne cestujúcich, regulácia teploty napájacieho systému, ochrana proti zahmlievaniu a odhmlievaniu skiel atď. Podľa tepelného manažmentu architektúru systému a stupeň integrácie je vývoj tepelného manažmentu elektrických vozidiel zhrnutý do troch etáp, ako je znázornené na obrázku 1. Od jednoduchého chladenia kombinovaného s elektrickým ohrevom cez tepelné čerpadlá kombinované s elektrickým prídavným ohrevom až po postupné spájanie širokoteplotnej zóny tepelných čerpadiel s tepelným manažmentom vozidla, technológia tepelného manažmentu vozidiel elektromobilov sa postupne rozvíja vysoko integrovaným a inteligentným smerom a v širokom teplotnom rozsahu Postupne sa zlepšuje schopnosť adaptability na životné prostredie v regionálnych a extrémnych podmienkach.
ⅠOhrievanie PTC prvej fázy
V počiatočnom štádiu industrializácie elektrických vozidiel boli v podstate vyvinuté s nahradením energetických systémov, ako sú batérie a motory, ako základné technológie. Pomocné systémy, ako je klimatizácia kabíny, odhmlievanie okien a regulácia teploty výkonových komponentov, boli založené na tradičnej technológii tepelného manažmentu vozidla. Na základe postupného zlepšovania. Čiste elektrické klimatizácie vozidiel aj klimatizácie vozidiel s pohonnými hmotami dosahujú chladiace funkcie prostredníctvom cyklu kompresie pár. Rozdiel medzi nimi je v tom, že kompresor klimatizácie palivových vozidiel je nepriamo poháňaný motorom cez remeň, zatiaľ čo čisto elektrické vozidlá priamo využívajú kompresor elektrického pohonu na pohon chladenia. cyklu. Pri vykurovaní palivového vozidla v zime sa odpadové teplo motora priamo využíva na vykurovanie priestoru pre cestujúcich bez potreby ďalších zdrojov tepla. Odpadové teplo motora čisto elektrických vozidiel však nedokáže pokryť potreby vykurovania v zime. Preto je zimné vykurovanie problémom, ktorý musia čisto elektrické vozidlá vyriešiť.
Keď elektrické vozidlo funguje normálne, batéria sa vybíja a vytvára teplo, čo spôsobuje zvýšenie teploty, čo si vyžaduje ochladenie batérie. Metódy chladenia batérií zahŕňajú najmä chladenie vzduchom, kvapalinové chladenie, chladenie materiálu s fázovou zmenou a chladenie tepelnými trubicami. Pretože vzduchové chladenie má jednoduchú štruktúru, nízke náklady a jednoduchú údržbu, bolo široko používané v prvých elektrických vozidlách. Hlavnou formou tepelného manažmentu v tejto fáze je, že každý nezávislý podsystém spĺňa potreby tepelného manažmentu.
ⅡDruhá fáza aplikácie technológie tepelného čerpadla
Pri skutočnom používaní majú elektrické vozidlá vyššiu spotrebu energie na vykurovanie v zime. Z termodynamického hľadiska je COP ohrevu PTC vždy menší ako 1, čo spôsobuje vysokú spotrebu energie vykurovania PTC a nízku mieru využitia energie, čo vážne obmedzuje elektrické vozidlá. najazdených kilometrov. Technológia tepelného čerpadla využíva cyklus kompresie pár na využitie nízkokvalitného tepla v prostredí. Teoretický COP počas vykurovania je väčší ako 1. Preto použitie systému tepelného čerpadla namiesto PTC môže zvýšiť dojazd elektrických vozidiel v podmienkach vykurovania.
V prostrediach s nízkou teplotou je však vykurovací výkon tradičných systémov tepelných čerpadiel výrazne znížený a nemôže uspokojiť potreby vykurovania elektrických vozidiel v prostrediach s nízkou teplotou. Pre prídavné kúrenie sú potrebné prídavné ohrievače. Preto sa metóda vykurovania tepelných čerpadiel plus pomocné teplo PTC stala dôležitou metódou vykurovania pre elektrické vozidlá v prostredí s nízkou teplotou v zime. Hlavný spôsob vykurovania kabíny. S ďalším zvyšovaním kapacity a výkonu napájacích batérií sa postupne zvyšuje aj tepelné zaťaženie pri prevádzke výkonových batérií. Tradičná štruktúra chladenia vzduchom nemôže uspokojiť potreby regulácie teploty napájacích batérií, takže chladenie kvapalinou sa stalo hlavnou metódou regulácie teploty batérie.
Okrem toho, keďže príjemná teplota požadovaná ľudským telom je podobná teplote, pri ktorej normálne funguje napájací akumulátor, potreby chladenia priestoru pre cestujúcich a napájacieho akumulátora možno uspokojiť paralelným zapojením tepelných výmenníkov do tepla v kabíne pre cestujúcich. čerpadlový systém. Teplo z napájacej batérie je nepriamo odvádzané cez výmenník tepla a sekundárne chladenie a zlepšil sa stupeň integrácie celého systému tepelného manažmentu elektromobilov. Aj keď sa stupeň integrácie zlepšil, systém tepelného manažmentu v tomto štádiu integruje chladenie batérie a chladenie priestoru pre cestujúcich len krátko a odpadové teplo batérie a motora nebolo efektívne využité.
ⅢVývoj integrovanej technológie pre tepelné čerpadlo so širokou teplotnou zónou a tepelný manažment vozidla
Tradičné klimatizácie s tepelným čerpadlom majú nízku účinnosť vykurovania a nedostatočnú vykurovaciu kapacitu v prostredí s vysokým chladom, čo obmedzuje aplikačné scenáre elektrických vozidiel. Preto bol vyvinutý a aplikovaný rad metód na zlepšenie výkonu klimatizačných zariadení s tepelným čerpadlom v podmienkach nízkej teploty. Primeraným pridaním sekundárneho okruhu výmeny tepla pri chladení napájacej batérie a systému motora sa zvyšné teplo recykluje na zvýšenie vykurovacej kapacity elektrických vozidiel pri nízkych teplotách. Experimentálne výsledky ukazujú, že tepelná kapacita klimatizácií s tepelným čerpadlom s rekuperáciou odpadového tepla je výrazne zvýšená v porovnaní s tradičnými klimatizačnými zariadeniami s tepelným čerpadlom.
Keď je však okolitá teplota nižšia a množstvo spätného získavania odpadového tepla je menšie, samotné získavanie odpadového tepla stále nedokáže pokryť požiadavku na vykurovaciu kapacitu v nízkoteplotných prostrediach. Stále je potrebné použiť ohrievače PTC, aby sa nahradil nedostatok vykurovacieho výkonu vo vyššie uvedených situáciách. S postupným zlepšovaním integrácie tepelného manažmentu električiek je však možné zvýšiť množstvo spätného získavania odpadového tepla primeraným zvýšením tepla generovaného motorom, čím sa zvýši vykurovací výkon a COP systému tepelného čerpadla a zabráni sa použitiu ohrievačov PTC. Ďalej znižuje obsadenosť priestoru systému tepelného manažmentu a zároveň spĺňa potreby vykurovania elektrických vozidiel v prostredí s nízkou teplotou.
Okrem recyklácie odpadového tepla z batérií a motorových systémov je využitie spätného vzduchu tiež spôsobom, ako znížiť spotrebu energie systémov tepelného manažmentu v podmienkach nízkych teplôt. Výsledky výskumu ukazujú, že v prostrediach s nízkou teplotou môžu rozumné opatrenia na využitie spätného vzduchu zabrániť zahmlievaniu a námraze na oknách automobilov a zároveň znížiť vykurovaciu energiu potrebnú pre elektrické vozidlá o 46 % až 62 % a môžu znížiť spotrebu energie na vykurovanie približne o 40 %. najviac. . Nippon Denso tiež vyvinul zodpovedajúcu dvojvrstvovú štruktúru spätného vzduchu/čerstvého vzduchu, ktorá dokáže zabrániť zahmlievaniu a znížiť tepelné straty spôsobené vetraním o 30 %. V tejto fáze sa environmentálna adaptabilita tepelného manažmentu elektromobilov v extrémnych podmienkach postupne zlepšuje a vyvíja sa smerom k integrácii a ekologizácii.
Aby sa ďalej zlepšila účinnosť tepelného manažmentu batérie v podmienkach vysokého výkonu a znížila zložitosť tepelného manažmentu, metóda priameho chladenia a priameho ohrevu batérie, ktorá priamo posiela chladivo do batérie na výmenu tepla, je tiež aktuálna. technické riešenie. Konfigurácia tepelného manažmentu priamej výmeny tepla medzi batériou a chladivom je znázornená na obrázku 5. Technológia priameho chladenia môže zlepšiť účinnosť výmeny tepla a prenos tepla, dosiahnuť rovnomernejšie rozloženie teploty vo vnútri batérie, znížiť sekundárne slučky a zvýšiť plytvanie systémom rekuperácia tepla, čím sa zlepšuje výkon regulácie teploty batérie. Keďže však technológia priamej výmeny tepla medzi batériou a chladivom vyžaduje, aby systém tepelného čerpadla zvýšil chladiace teplo, na jednej strane je regulácia teploty batérie obmedzená spustením a zastavením klimatizačného systému tepelného čerpadla, ktorý má určitý vplyv na výkon okruhu chladiva. Obmedzuje tiež používanie prírodných zdrojov chladu v prechodných obdobiach, takže táto technológia ešte potrebuje ďalšie zdokonaľovanie výskumu a hodnotenie aplikácií.
