Úvod do systému tepelného manažmentu
Systém tepelného manažmentu elektrických vozidiel sa vyvinul zo systému tepelného manažmentu tradičných palivových vozidiel a konfigurácia systému sa tiež postupne vyvinula z relatívnej nezávislosti každého okruhu tepelného manažmentu k smeru integrácie. Keďže odpadové teplo motora nie je využité, je potrebné dodatočné vybavenie na zabezpečenie zdroja tepla na vykurovanie priestoru pre cestujúcich. V súčasnosti bežne používané metódy vykurovania pre elektrické vozidlá zahŕňajú vykurovanie elektrickým ohrievačom s kladným teplotným koeficientom (PTC) a vykurovanie klimatizácie tepelným čerpadlom.
1. Jednoduchá chladiaca klimatizácia + PTC
Odpor termistora v elektrickom ohrievači PTC sa bude zvyšovať so zvyšovaním teploty, čo má za následok zníženie vykurovacieho výkonu, takže termistor PTC má konštantnú teplotnú charakteristiku. Vďaka jednoduchému zloženiu a nízkej cene vykurovacieho systému PTC väčšina prvých elektrických vozidiel používa chladenie klimatizácie s jedným chladením a vykurovanie elektrickým ohrievačom PTC, aby vyhovovali potrebám chladenia a vykurovania priestoru pre cestujúcich. Obrázok 1 je systémová schéma jedného chladiaceho klimatizačného zariadenia + PTC. Pri letnom chladení sa výparník umiestnený vo vzduchovom potrubí používa na absorbovanie tepla, aby sa dosiahol účel chladenia. Existujú dve riešenia vykurovania. Jedným z nich je usporiadanie vzduchového PTC priamo vo vzduchovom potrubí skrinky klimatizácie, ako je znázornené na obrázku 1 (a). Keď je požiadavka na vykurovanie, PTC sa aktivuje, aby ohrieval vzduch vo vzduchovom potrubí a privádzal ho do priestoru pre cestujúcich; druhým je ohrievanie chladiva vodou PTC, ako je znázornené na obrázku 1 (b), a chladivo prúdi do teplovzdušného jadra usporiadaného vo vzduchovom potrubí, aby nepriamo ohrievalo vzduch vo vzduchovom potrubí, aby sa splnila požiadavka na vykurovanie.
2. Tepelné čerpadlo klimatizácia + PTC
Keďže PTC používa na vykurovanie elektrické vykurovanie, účinnosť vykurovania je menšia ako 1, takže tento spôsob vykurovania môže znížiť dojazd elektrických vozidiel o 50 %. Teoretická účinnosť tepelných čerpadiel je väčšia ako 1 a používanie tepelných čerpadiel namiesto vykurovania PTC sa stalo vývojovým trendom. Výsledky výskumu ZHANG a kol. ukazujú, že systémy tepelných čerpadiel môžu ušetriť 41,3 % energie v porovnaní so systémami PTC ohrievačov. Keďže väčšina elektrických vozidiel v súčasnosti používa ako pracovnú kvapalinu R134a, keď je okolitá teplota nižšia ako -10 stupňov, účinnosť a spoľahlivosť systému tepelného čerpadla sú znížené, takže pre prídavné kúrenie sú stále potrebné elektrické ohrievače PTC.
Obrázok 2 zobrazuje klimatizáciu tepelného čerpadla + PTC systém využívajúci elektromagnetický štvorcestný reverzný ventil a trojcestný výmenník tepla. Klimatizačný systém tepelného čerpadla prepína medzi režimami chladenia, kúrenia, odvlhčovania a odmrazovania systému pomocou spínača na tele ventilu. Štvorcestný spätný ventil našiel široké uplatnenie v oblasti klimatizácie domácností. Jeho aplikácia na klimatizačný systém s tepelným čerpadlom elektrického vozidla môže dobre vyriešiť problém spätného chodu chladiva počas chladenia a vykurovania systému, ako je znázornené na obrázku 2 (a). Systémové riešenie má málo komponentov, jednoduchú štruktúru a nízke náklady. Proces zvárania meď-hliník štvorcestného spätného ventilu je však náročný a veľmi ľahko podlieha korózii. Na strane vysokého a nízkeho tlaku dochádza k úniku plynu, čo ovplyvňuje výkon systému. Klimatizačný systém s tepelným čerpadlom osobných automobilov zvyčajne využíva riešenie s tromi výmenníkmi tepla s jedným vonkajším výmenníkom tepla a dvoma vnútornými výmenníkmi tepla a režim sa prepína pomocou viacerých solenoidových ventilov, ako je znázornené na obrázku 2 (b).
3. Klimatizácia tepelné čerpadlo + rekuperácia odpadového tepla + PTC
moja krajina má rozsiahle územie a široký teplotný rozsah, takže je potrebné rozšíriť teplotný rozsah klimatizácií s tepelným čerpadlom. Odpadové teplo motorov a batérií je v zime cenným zdrojom tepla. Mnohí výrobcovia a výskumné inštitúcie zvažujú recykláciu tejto časti tepla ako pomocný zdroj tepla na rozšírenie používania klimatizácií s tepelným čerpadlom.
Obrázok 3 je schéma tepelného manažmentu elektrického vozidla s použitím klimatizácie tepelného čerpadla + rekuperácie odpadového tepla + PTC. Systém dokáže realizovať funkcie ako chladenie priestoru pre cestujúcich, kúrenie, odmrazovanie, odhmlievanie a odvlhčovanie. Súčasne môže ohrievať alebo chladiť batériu a hnací motor a tiež realizovať spätné získavanie odpadového tepla batérie a hnacieho motora. Princíp činnosti systému je nasledovný: funkcie chladenia, kúrenia, odvlhčovania, odmrazovania a odhmlievania priestoru pre cestujúcich sú realizované pomocou kombinácie spínačov solenoidového ventilu okruhu chladiva; do okruhu chladiva je pridaný chladič batérie (Chiller) zapojený paralelne s výparníkom. Keď má batéria alebo hnací motor požiadavku na chladenie, chladivo prúdi cez chladič, aby ochladilo chladivo v sekundárnom okruhu; keď batéria alebo hnací motor nemá veľký nárok na odvod tepla, smer prúdenia chladiacej kvapaliny možno ovládať prepnutím stavu trojcestného ventilu a teplo môže byť odvádzané von z vozidla cez nízky -teplotný radiátor na dosiahnutie chladenia batérie alebo hnacieho motora; keď má batéria požiadavku na vykurovanie, PTC sa aktivuje na vykurovanie a funkcia vykurovania sa dosiahne nastavením trojcestného ventilu na strane chladiacej kvapaliny; keď je okolitá teplota nízka, nie je možné použiť klimatizáciu tepelného čerpadla a batéria alebo hnací motor má požiadavku na odvod tepla, chladivo absorbuje teplo, ktoré je potrebné odviesť na strane batérie alebo hnacieho motora, preteká cez chladič trojcestný ventil a vymieňa teplo na chladiacu stranu, aby vyhrieval priestor pre cestujúcich, čím sa rozširuje rozsah prevádzkových teplôt systému a zlepšuje sa energetická účinnosť systému.
