Výzkum integrovaného systému tepelného managementu tepelného čerpadla
pro čistě elektrická užitková vozidla
1. Tradiční systém tepelného managementu
Systémy tepelného managementu běžně používané při návrhu čistě elektrických užitkových vozidel pro hlavní zdroje tepla zahrnují tepelný management systému napájecích baterií (BTMS), tepelný management systému klimatizace a tepelný management elektronického řídicího systému motoru. Tradiční decentralizovaný systém řízení teploty spočívá v tom, že tři smyčky systému elektronického řízení baterie, klimatizace a motoru jsou na sobě nezávislé. Každý z nich má kompletní systém regulace teploty a potrubní systém. Proto během provozu automobilu existuje elektrický topný systém pro určitý systém. Současně není plně využita energie vnějšího rozptylu tepla jiné součásti nebo systému, což nejen způsobuje plýtvání energií, ale je také škodlivé pro úsporu energie a ochranu životního prostředí. Na druhou stranu, kvůli nízké úrovni integrace celého systému tepelného managementu jsou potrubí složitá, počet dílů je vysoký, náklady jsou vysoké a kvalita vozidla je těžká. To také zrychluje spotřebu energie baterie během provozu vozidla a snižuje životnost vozidla. Počet najetých kilometrů má značný vliv na hospodárnost vozidla.
2. Integrovaný systém tepelného managementu typu tepelného čerpadla
Na základě integrovaných systémů tepelného managementu, aby bylo možné lépe vyhovět vysoké teplotní citlivosti baterií, se stále zvyšuje složitost a zdokonalení tepelného managementu čistě elektrických užitkových vozidel a přidávají se některé inovativní aplikace, jako jsou technologie tepelných čerpadel je jedním z nich. Tepelné čerpadlo samo o sobě teplo nevyrábí, ale je pouze přepravcem tepla. Na základě principu reverzního Carnotova cyklu (obrázek 1) využívá malé množství elektrické energie k pohonu jednotky, cirkuluje pracovní médium v maskované fázi a absorbuje, stlačuje a ohřívá nekvalitní tepelnou energii před jejím využitím. Mezi hlavní součásti tepelného čerpadla patří chladivo, kompresor, kondenzátor, expanzní ventil a výparník. Jedná se o uzavřenou smyčku, ve které je médium, chladivo/chladivo, nepřetržitě stlačováno a expandováno ve smyčce. Pokaždé, když je stlačeno a roztaženo (tedy každý cyklus provozu), chladivo „vytáhne“ teplo z nízkoteplotního prostředí a předá ho vysokoteplotnímu prostředí. Vzduch se nepoužívá jako chladivo, i když nezpůsobuje znečištění a je bezplatný, protože jeho tepelná účinnost na cyklus je poměrně nízká. Skutečné použité chladivo je kapalina, která se při pohlcování tepla odpařuje a při odvádění tepla kondenzuje. Proces změny kapalné formy může výrazně zlepšit tepelnou účinnost v každém pracovním cyklu. Systém tepelného čerpadla má dva pracovní režimy: chlazení a topení. Integrací technologie tepelného čerpadla s integrovanými systémy tepelného managementu lze vyvinout nové integrované systémy tepelného managementu typu tepelného čerpadla. Klimatizační systém s tepelným čerpadlem využívající tuto technologii využívá elektrický kompresor klimatizace a využívá reverzibilní charakteristiky chladicího cyklu k integraci chlazení a vytápění. Má výhody dobré všestrannosti, kompaktní konstrukce, vysoké účinnosti, úspory energie a ochrany životního prostředí a stal se novým typem klimatizace pro vozidla. trend. V zimních podmínkách vytápění může COP (Coefficient of Performance) dosáhnout 2 až 4. Energetická účinnost je mnohonásobně vyšší než u topného systému PTC běžně používaného v oblasti čistě elektrických vozidel, který dokáže efektivně prodloužit dojezd o více než 20 %. Mezi současné typy systémů tepelných čerpadel patří především klimatizační systémy s přímým tepelným čerpadlem, nepřímé klimatizační systémy s tepelným čerpadlem a klimatizační systémy s přímým tepelným čerpadlem doplňující vzduch a zvyšující entalpii. Jak je znázorněno na obrázku 2, lze je použít pro vytápění a chlazení. Laicky řečeno, použitím čtyřcestného přepínacího ventilu v systému tepelného čerpadla lze zaměnit funkce výparníku a kondenzátoru klimatizace tepelného čerpadla a změnit směr přenosu tepla, čímž se dosáhne efektu chlazení v létě a vytápění v zimě.
3. Výhody a nevýhody integrovaného systému tepelného managementu tepelného čerpadla
Hlavní výhody jsou: 1) Silná integrace systému: více subsystémů tepelného managementu je integrováno do jednoho systému pro dosažení jednotného řízení a optimalizace; to pomáhá snížit složitost systému a zlepšit efektivitu správy. 2) Energetická účinnost Přesným řízením teploty a tepelného toku každé součásti lze energii využívat efektivněji a snížit spotřebu energie. 3) Inteligentní správa: Obvykle vybavena pokročilými senzory a řídicími systémy, které mohou monitorovat a upravovat provozní stav systému v reálném čase, aby bylo dosaženo inteligentní správy. 4) Adaptabilita prostředí: Operační strategii lze automaticky upravit podle podmínek prostředí, aby se zlepšila adaptabilita a stabilita systému. 5) Instalace a údržba: Integrovaný systém řízení teploty má kompaktní strukturu a snadno se instaluje.
Hlavní nevýhody jsou: 1) Vysoká technická náročnost: je třeba integrovat více subsystémů, technická náročnost je poměrně vysoká a je vyžadována odborná technická podpora. 2) Velká počáteční investice: Vzhledem k tomu, že integrovaný tepelný management vyžaduje integraci více subsystémů, je počáteční investice poměrně velká. 3) Vysoké náklady na údržbu: Vzhledem k vysoké složitosti systému jsou náklady na údržbu integrovaného tepelného managementu také relativně vysoké. Stručně řečeno, integrované tepelné čerpadlo tepelného čerpadla s cílem zlepšit komplexní výkon vozidla, standard integrované optimalizace designu a prostředky vícesystémového koordinovaného řízení a celkového řízení má velké výhody v účinnosti využití energie, inteligentní řízení, přizpůsobivost prostředí a dlouhodobá výkonnost. Má značné výhody z hlediska životnosti a dalších aspektů a tyto výhody jsou obecným trendem ve vývoji tepelného managementu vozidel do budoucna.
