Riešenie vykurovania pre čisto elektrické vozidlá
Úspora energie a ochrana životného prostredia sú bežnou témou, ktorú dnes svet presadzuje, a čisto elektrické vozidlá sa v budúcnosti stanú nevyhnutným trendom vo vývoji automobilového priemyslu. Ako pohodlný dopravný prostriedok je kľúčovým faktorom aj jazdný komfort auta. Čisto elektrické vozidlá vypínajú motor a nemajú ako zdroj tepla odpadové teplo chladiacej kvapaliny motora. To je veľká výzva pre čisto elektrické vykurovanie kabíny vozidla a prináša to aj možnosti rozvoja iných spôsobov vykurovania. V súčasnosti možno za riešenie problému vykurovania kabíny čisto elektrických vozidiel považovať vykurovanie palivom, elektrické vykurovanie a vykurovanie tepelným čerpadlom.
Väčšina metód elektrického vykurovania využíva vykurovanie PTC. PTC je skratka pre PositiveTemperature Coefficient, čo znamená kladný teplotný koeficient a vo všeobecnosti označuje polovodičové materiály alebo komponenty s veľkým kladným teplotným koeficientom. Zvyčajne PTC, na ktorý odkazujeme, sa vzťahuje na termistor s kladným teplotným koeficientom alebo v skratke PTC termistor. PTC termistor je typický teplotne citlivý polovodičový odpor. Keď prekročí určitú teplotu (Curieovu teplotu), jeho hodnota odporu sa prudko zvýši so zvyšujúcou sa teplotou. To znamená, že výkon ohrievača PTC sa náhle zníži na minimálnu hodnotu, čo spôsobí, že sa teplota vráti pod svoju Curieovu teplotu. Vďaka tejto vlastnosti majú ohrievače PTC výhody ohrevu pri konštantnej teplote, bez otvoreného plameňa a dlhej životnosti.
Nízkonapäťový ohrev vzduchu
Vodné čerpadlo, vodovodné potrubie, trojcestný ventil, jadro ohrievača, motor a nádrž na vodu chladiča sú pridané do strojovne, aby vytvorili uzavretý systém cirkulácie vody, a do konštrukcie HVAC je pridaný nízkonapäťový ohrievač vzduchu. Keď je spínač vykurovania na ovládači klimatizácie zapnutý, trojcestný ventil B zmení smer chladiacej kvapaliny tak, aby chladiaca kvapalina prechádzala cez jadro ohrievača. Podľa riadiacej teploty snímača teploty interiéru vozidla, teploty interiéru vozidla, teploty otvorenia vodného čerpadla a riadenia teploty a teploty chladiacej kvapaliny trojcestného ventilu A na riadenie pracovného stavu PTC a jadra ohrievača. Keď je spínač kúrenia na ovládači klimatizácie vypnutý, trojcestný ventil B opäť zmení smer chladiacej kvapaliny tak, aby chladiaca kvapalina neprechádzala cez jadro ohrievača.
Výhody
Keďže jadro ohrievača využíva odpadové teplo chladiacej kvapaliny, môže ušetriť výkon nízkonapäťového ohrievača vzduchu a zdieľať časť funkcie chladenia motora, čím sa zníži výstupný výkon vodnej nádrže chladiča.
Nevýhody
1) Množstvo úprav zdedených častí je relatívne veľké a náklady na úpravu sú vysoké.
2) Použitie nízkonapäťového ohrievača vzduchu vyžaduje určitý rektifikačný priestor v spodnej časti pôvodného ohrievača klimatizácie vozidla. Pridanie pomocného vykurovacieho zariadenia PTC však spôsobí zmeny na plášti zostavy ventilátora ohrievača. Ak chcete pridať pomocné zariadenie PTC pod vykurovacie jadro, vzduchové potrubie a potrubie na fúkanie nôh v spodnej časti krytu by sa malo posunúť nadol.
3) Je potrebné znova zmeniť riadiaci obvod a pridať ovládacie prvky a niektoré potrubia, aby ovládač mohol ovládať vodné čerpadlo a trojcestný ventil. Ovládanie je komplikované a náklady sa značne zvyšujú.
4) PTC je usporiadané v kokpite, čo predstavuje určité bezpečnostné riziká.
Vysokonapäťový ohrev vzduchu
Odstráňte pôvodné vstupné a výstupné potrubie vozidla a jadro ohrievača, nahraďte jadro ohrievača vzduchovým ohrievačom PTC rovnakej veľkosti a spôsobu inštalácie ako pôvodné jadro ohrievača vozidla, potom zmeňte príslušné riadiace obvody a izolujte mieru jadra PTC.
Výhody
1) Nevyžadujú sa žiadne zmeny v štruktúre HVAC.
2) Na rozdiel od nízkonapäťových ohrievačov vzduchu, ktoré sú obmedzené mnohými faktormi, ako je kapacita výkonu, vysokonapäťové ohrievače vzduchu môžu poskytnúť veľmi silný výkon a vysokoúčinné vykurovanie.
3) Pri priamom ohrievaní vzduchu teplota v miestnosti rýchlo stúpa.
Nevýhody
1) Aby systém klimatizácie a kúrenia spĺňal predpisy pre rozmrazovanie a odhmlievanie a požiadavky na vykurovanie, vykurovací výkon PTC musí byť aspoň 3000 W alebo vyšší. Táto sila je v porovnaní s celkovou kapacitou batérie veľmi veľká spotreba, čo vážne ovplyvňuje dojazd čisto elektrických vozidiel.
2) PTC s vykurovacím výkonom vyšším ako 3 000 W sú usporiadané v HVAC, čo môže spôsobiť bezpečnostné riziká. Rozsah pracovného napätia vysokonapäťového ohrevu vzduchu PTC je vo všeobecnosti 250 ~ 450 V (DC) a je potrebné prijať opatrenia na izoláciu vysokého napätia. EN60335 vyžaduje, aby úroveň izolácie vysokonapäťových výrobkov bola väčšia alebo rovná 2 000 V. Pri navrhovaní výrobkov je potrebné zvážiť bezpečnostné opatrenia viacvrstvovej izolácie (obrázok 8), ktorá výrazne zvyšuje náklady na samotný produkt a sťažuje aplikáciu produktu.
3) Vysokonapäťový ohrievač vzduchu je umiestnený v HVAC. Pre vysokonapäťový ohrievač vzduchu sú potrebné izolačné opatrenia. V opačnom prípade, keď je teplota vysokonapäťového ohrievača vzduchu vysoká, plášť HVAC bude produkovať zápach a ovplyvní kvalitu vzduchu v kabíne.
Vysokonapäťový ohrev vody
Do strojovne je pridaný vysokonapäťový ohrievač vody, nádrž na vodu, vodné čerpadlo a vodovodné potrubia, ktoré tvoria uzavretý systém cirkulácie vody s pôvodným jadrom ohrievača auta.
Výhody
1) V strojovni sú rozmiestnené vysokonapäťové zariadenia tak, aby zabezpečili bezpečnosť vysokého napätia a poskytli optimalizované riešenie s najvyšším stupňom bezpečnosti pri zabezpečení jeho výkonu.
2) Ohrev vody, bez zápachu pri práci.
3) Nevyžadujú sa žiadne zmeny v štruktúre HVAC.
4) Keď je energia batérie nadmerná v dôsledku rekuperácie brzdnej energie alebo iných faktorov, vysokonapäťový ohrievač vody môže premeniť prebytočnú elektrickú energiu na tepelnú energiu a uložiť ju v systéme cirkulácie vody, aby sa zabránilo nebezpečenstvu spôsobenému prebitím batérie.
5) Na rozdiel od 12V systému, ktorý podlieha mnohým obmedzeniam v oblasti výkonového výkonu, vysokonapäťové systémy môžu poskytovať veľmi silný výkon a vysokoúčinné možnosti vykurovania.
6) V čisto elektronickom systéme HVAC nie je výkon ovplyvnený inými faktormi, ale je ľahko nastaviteľný systémom riadenia teploty, čo umožňuje presnú kontrolu vnútornej teploty.
Nevýhody
1) Konštrukcia je zložitá a pridáva sa mnoho ďalších častí, čo prináša ťažkosti s usporiadaním strojovne.
2) Rýchlosť ohrevu vody je pomalá.
3) Elektrický výkon ohrievača vody PTC je cca 5,5 kW. Tento výkon je v porovnaní s celkovou kapacitou batérie veľmi obrovská spotreba, ktorá vážne ovplyvňuje dojazd elektromobilov.
