Prehľad technológie tepelného manažmentu 2
1.2 Tepelný manažment motorov a elektronických ovládacích prvkov
Tepelný manažment motorov elektrických vozidiel a elektronických riadiacich systémov je dôležitou súčasťou zabezpečenia dlhodobej stabilnej prevádzky vozidiel, predĺženia životnosti komponentov a zlepšenia energetickej účinnosti. Motory a elektronické riadiace komponenty vytvárajú počas prevádzky veľa tepla. Nadmerné teploty nielenže znížia výkon systému, ale môžu dokonca spôsobiť bezpečnostné riziká. Pri tepelnom manažmente čisto elektrických motorov vozidiel a elektronických ovládacích prvkov sa odvod tepla v súčasnosti dosahuje najmä prostredníctvom vzduchových chladiacich systémov, kvapalinových chladiacich systémov a technológie tepelných trubíc. Niektoré systémy tiež recyklujú odpadové teplo motorov a elektronických riadiacich systémov.
1) Systém chladenia vzduchom. Ako tradičná metóda odvádzania tepla motora, systém chladenia vzduchom využíva prúd vzduchu generovaný počas jazdy vozidla na odvádzanie tepla a odvádza prebytočné teplo generované motorom prirodzenou alebo nútenou konvekciou. Systém chladenia vzduchom má relatívne jednoduchú štruktúru a nízke náklady. Nevyžaduje dodatočné chladiace médium a je vhodný pre situácie, kde hustota výkonu nie je vysoká. Ako sa však hnacie motory elektrických vozidiel vyvíjajú smerom k vysokej hustote výkonu, najmä v podmienkach nepretržitého vysokého zaťaženia, kapacita odvádzania tepla vzduchového chladenia sa postupne stáva nedostatočnou.
2) Technológia chladenia kvapalinou. Technológia chladenia kvapalinou hrá dôležitú úlohu v tepelnom manažmente motorov elektrických vozidiel. Táto technológia využíva chladiacu kvapalinu (ako je voda, roztok etylénglykolu atď.) ako teplonosné médium a je tesne pripojená k vinutiu motora alebo povrchu krytu prostredníctvom cirkulačného potrubia, čím účinne absorbuje a odvádza teplo. Kvapalinový chladiaci systém dokáže rýchlo a rovnomerne ochladiť všetky časti motora a je vhodný najmä pre vysokovýkonné elektrické vozidlá. Zároveň, aby sa predišlo bezpečnostným rizikám spôsobeným únikom chladiacej kvapaliny, je potrebné použiť materiály a technológie s dobrým tesniacim výkonom a doplniť monitorovacie a poplašné zariadenia.
3) Technológia tepelných potrubí. Technológia tepelných trubíc môže pomôcť viesť teplo rovnomerne a zlepšiť účinnosť odvodu tepla. Tepelné senzory a inteligentné riadiace algoritmy môžu dosiahnuť monitorovanie a úpravu teploty systému v reálnom čase. Okrem toho použitie materiálov s vysokou tepelnou vodivosťou a optimalizovaný dizajn môžu tiež zlepšiť účinnosť výmeny tepla komponentov odvádzania tepla.
1.3 Systém riadenia teploty priestoru pre cestujúcich
Tepelný manažment priestoru pre cestujúcich v elektrickom vozidle je jednou z kľúčových technológií na zabezpečenie pohodlia vodičov a cestujúcich, zlepšenie energetickej účinnosti vozidla a predĺženie dojazdu. Zastrešuje najmä letné chladenie, zimné vykurovanie a inteligentné ovládanie regulácie teploty. Na letné chladenie sa väčšinou používa chladiaci systém s odparovacím cyklom. Rozdiel spočíva najmä v zimnom spôsobe vykurovania. Metódy vykurovania hlavného priestoru pre cestujúcich sú tieto:
1) PTC ohrievač je vykurovacie riešenie široko používané v elektrických vozidlách v prvých dňoch. V prostredí s nízkou teplotou môže ohrievač PTC rýchlo poskytnúť teplo do priestoru pre cestujúcich, ale jeho účinnosť premeny energie je relatívne nízka a proces vykurovania priamo spotrebúva energiu batérie, čo môže mať určitý vplyv na výdrž elektrických vozidiel.
2) Klimatizácia s tepelným čerpadlom zohráva dôležitú úlohu v tepelnom manažmente priestoru pre cestujúcich v elektrických vozidlách, najmä pri vykurovaní v zime. Systém využíva reverzný Carnotov cyklus na spätné získavanie odpadového tepla z vonkajšieho prostredia alebo vnútorných komponentov a premieňa nízkokvalitnú tepelnú energiu na vysokokvalitnú tepelnú energiu prostredníctvom komponentov, ako sú kompresory, výparníky a kondenzátory, aby sa dosiahlo efektívne vykurovanie. V porovnaní s tradičnými ohrievačmi PTC majú systémy tepelných čerpadiel vyšší pomer energetickej účinnosti, čo do určitej miery znižuje potrebu energie z palubnej batérie. S rozvojom technológie postupne upútali pozornosť dvojzdrojové alebo viaczdrojové systémy tepelných čerpadiel (napríklad integrovaná funkcia spätného získavania odpadového tepla z motora), ktoré ďalej zlepšujú výkon tepelných čerpadiel v prostredí s extrémne nízkou teplotou. Výkon klimatizačných systémov s tepelným čerpadlom sa však v prostredí s nízkou teplotou výrazne zníži. Hlavným dôvodom je zníženie odparovacieho tlaku a absorpcie tepla chladiva pri nízkej teplote okolia, čo má za následok zníženie koeficientu výkonu (COP) a ťažkosti pri normálnej prevádzke. Na vyriešenie tohto problému sa zvyčajne používajú technológie ako doplňovanie vzduchu a zvyšovanie entalpie, rozmrazovanie a spätné získavanie odpadového tepla.
Postupne sa vyvíjajú aj niektoré vznikajúce technológie tepelného manažmentu priestoru pre cestujúcich, ktoré sa pokúšajú uplatniť v oblasti elektrických vozidiel. Napríklad: technológia akumulácie energie materiálu s fázovou zmenou môže absorbovať prebytočné teplo, keď je teplota v priestore pre cestujúcich príliš vysoká, a uvoľniť uložené teplo, keď je teplota príliš nízka; technológia zachytávania solárneho zisku môže zhromažďovať energiu slnečného žiarenia prostredníctvom solárnych panelov inštalovaných na streche a premieňať ju na elektrickú energiu alebo tepelnú energiu na využitie v klimatizačnom systéme; okrem toho inteligentný systém riadenia teploty využíva pokročilé siete senzorov a riadiace algoritmy na monitorovanie teploty vo vnútri a mimo kabíny a potrieb cestujúcich v reálnom čase a dynamicky upravuje stratégiu riadenia teploty tak, aby sa dosiahol najlepší efekt využitia energie.
