Historie vývoje elektrických vozidelTepelný
Technologie řízení
Tepelný management vozidel je jednou ze základních technologií pro vývoj elektrických vozidel, která zahrnuje vícecílové řízení, jako je řízení teploty a vlhkosti prostředí v kabině pro cestující, řízení teploty napájecího systému, ochrana proti zamlžování a odmlžování skel atd. Podle tepelného managementu architektura systému a stupeň integrace je vývoj tepelného managementu elektrických vozidel shrnut do tří fází, jak je znázorněno na obrázku 1. Od jednoduchého chlazení kombinovaného s elektrickým ohřevem přes tepelná čerpadla kombinovaná s elektrickým přídavným topením až po postupné spojování širokoteplotní zóny tepelných čerpadel s tepelným managementem vozidel, technologie tepelného managementu elektromobilů se postupně rozvíjí vysoce integrovaným a inteligentním směrem a v širokém teplotním rozsahu Postupně se zlepšuje schopnost přizpůsobivosti prostředí v regionálních a extrémních podmínkách.
ⅠZahřívání PTC první fáze
V počáteční fázi industrializace elektrických vozidel byly v podstatě vyvinuty s nahrazením energetických systémů, jako jsou baterie a motory, jako základní technologie. Pomocné systémy, jako je klimatizace kabiny, odmlžování oken a regulace teploty výkonových komponentů, byly založeny na tradiční technologii tepelného managementu palivových vozidel. Na základě postupného zlepšování. Klimatizace pro čistě elektrická vozidla i klimatizace pro vozidla s palivem dosahují chladicí funkce prostřednictvím cyklu stlačování par. Rozdíl mezi těmito dvěma je v tom, že kompresor klimatizace palivových vozidel je nepřímo poháněn motorem přes řemen, zatímco čistě elektrická vozidla přímo využívají kompresor elektrického pohonu k pohonu chlazení. cyklus. Při vytápění vozidla na palivo v zimě se odpadní teplo motoru přímo využívá k vytápění prostoru pro cestující bez potřeby dalších zdrojů tepla. Odpadní teplo motoru čistě elektrických vozidel však nemůže v zimě pokrýt potřeby vytápění. Proto je zimní vytápění problémem, který musí čistě elektrická vozidla vyřešit.
Když elektrické vozidlo funguje normálně, baterie se vybíjí a generuje teplo, což způsobuje zvýšení teploty, což vyžaduje ochlazení baterie. Metody chlazení baterií zahrnují především chlazení vzduchem, kapalinové chlazení, chlazení materiálu s fázovou změnou a chlazení tepelnými trubicemi. Protože vzduchové chlazení má jednoduchou strukturu, nízkou cenu a snadnou údržbu, bylo široce používáno v raných elektrických vozidlech. Hlavní formou tepelného managementu v této fázi je, že každý nezávislý subsystém splňuje potřeby tepelného managementu.
ⅡDruhá fáze aplikace technologie tepelného čerpadla
Ve skutečném provozu mají elektrická vozidla v zimě vyšší spotřebu energie na vytápění. Z termodynamického hlediska je COP ohřevu PTC vždy menší než 1, což způsobuje vysokou spotřebu energie PTC topení a nízkou míru využití energie, což vážně omezuje elektrická vozidla. najetých kilometrů. Technologie tepelného čerpadla využívá parní kompresní cyklus k využití nekvalitního tepla v prostředí. Teoretický COP během zahřívání je větší než 1. Použití systému tepelného čerpadla místo PTC tedy může zvýšit cestovní dojezd elektrických vozidel za podmínek vytápění.
V prostředí s nízkou teplotou je však topný výkon tradičních systémů tepelných čerpadel výrazně utlumen a nemůže pokrýt potřeby vytápění elektrických vozidel v prostředí s nízkou teplotou. Pro přídavné topení jsou zapotřebí přídavné ohřívače. Proto se metoda vytápění tepelných čerpadel a pomocného tepla PTC stala důležitou metodou vytápění pro elektrická vozidla v prostředí s nízkou teplotou v zimě. Hlavní způsob vytápění kabiny. S dalším zvyšováním kapacity a výkonu napájecích baterií se postupně zvyšuje i tepelné zatížení při provozu napájecích baterií. Tradiční struktura vzduchového chlazení nemůže splnit potřeby regulace teploty napájecích baterií, takže kapalinové chlazení se stalo hlavní metodou regulace teploty baterie.
Kromě toho, protože pohodlná teplota požadovaná lidským tělem je podobná teplotě, při které normálně funguje napájecí baterie, lze potřeby chlazení prostoru pro cestující a napájecí baterie uspokojit paralelním připojením tepelných výměníků do tepla v kabině pro cestující. čerpací systém. Teplo z napájecí baterie je nepřímo odváděno přes výměník tepla a sekundární chlazení a stupeň integrace celého systému tepelného managementu elektromobilů se zlepšil. Přestože se stupeň integrace zlepšil, systém tepelného managementu v této fázi pouze krátce integruje chlazení baterie a chlazení prostoru pro cestující a odpadní teplo baterie a motoru nebylo efektivně využito.
ⅢVývoj integrované technologie pro tepelné čerpadlo se širokou teplotní zónou a tepelný management vozidla
Tradiční klimatizace s tepelným čerpadlem mají nízkou účinnost vytápění a nedostatečný topný výkon ve vysoce chladných prostředích, což omezuje aplikační scénáře elektrických vozidel. Proto byla vyvinuta a aplikována řada metod pro zlepšení výkonu klimatizačních jednotek s tepelným čerpadlem za podmínek nízké teploty. Přiměřeným přidáním sekundárního okruhu výměny tepla při chlazení napájecí baterie a systému motoru se zbývající teplo recykluje, aby se zvýšila topná kapacita elektrických vozidel za podmínek nízké teploty. Experimentální výsledky ukazují, že tepelná kapacita klimatizací s tepelným čerpadlem s rekuperací odpadního tepla je výrazně zvýšena ve srovnání s tradičními klimatizačními jednotkami s tepelným čerpadlem.
Když je však okolní teplota nižší a množství zpětného získávání odpadního tepla je menší, samotné získávání odpadního tepla stále nemůže uspokojit poptávku po topné kapacitě v prostředí s nízkou teplotou. Stále je třeba používat ohřívače PTC, aby se nahradil nedostatek topné kapacity ve výše uvedených situacích. S postupným zlepšováním integrace tepelného managementu tramvají však lze množství zpětného získávání tepla zvýšit přiměřeným zvýšením tepla generovaného motorem, čímž se zvýší topný výkon a COP systému tepelného čerpadla a zabrání se použití PTC ohřívačů. Dále snižuje obsazenost prostoru systému tepelného managementu a zároveň uspokojuje potřeby vytápění elektrických vozidel v prostředí s nízkou teplotou.
Kromě recyklace odpadního tepla z baterií a motorových systémů je využití vratného vzduchu také způsobem, jak snížit spotřebu energie systémů tepelného managementu v podmínkách nízkých teplot. Výsledky výzkumu ukazují, že v prostředí s nízkou teplotou mohou přiměřená opatření pro využití vratného vzduchu zabránit zamlžování a námraze na oknech automobilů a zároveň snížit spotřebu energie na vytápění, kterou potřebují elektrická vozidla o 46 % až 62 %, a mohou snížit spotřebu energie na vytápění asi o 40 %. většina. . Společnost Nippon Denso také vyvinula odpovídající dvouvrstvou strukturu zpětného vzduchu/čerstvého vzduchu, která dokáže zabránit zamlžování a snížit tepelné ztráty způsobené větráním o 30 %. V této fázi se postupně zlepšuje environmentální adaptabilita tepelného managementu elektromobilů v extrémních podmínkách a vyvíjí se směrem k integraci a ekologizaci.
Aby se dále zlepšila účinnost tepelného managementu baterie za podmínek vysokého výkonu a snížila se složitost tepelného managementu, je také aktuální metoda přímého chlazení a přímého ohřevu baterie, která přímo posílá chladivo do baterie za účelem výměny tepla. technické řešení. Konfigurace tepelného managementu přímé výměny tepla mezi baterií a chladivem je znázorněna na obrázku 5. Technologie přímého chlazení může zlepšit účinnost výměny tepla a přenos tepla, dosáhnout rovnoměrnějšího rozložení teploty uvnitř baterie, snížit sekundární smyčky a zvýšit plýtvání systémem rekuperace tepla, čímž se zlepší výkon regulace teploty baterie. Protože však technologie přímé výměny tepla mezi baterií a chladivem vyžaduje, aby systém tepelného čerpadla zvýšil chladicí teplo, na jedné straně je regulace teploty baterie omezena spuštěním a zastavením klimatizačního systému tepelného čerpadla, který má určitý vliv na výkon chladicí smyčky. Omezuje také používání přírodních zdrojů chladu v přechodných obdobích, takže tato technologie stále potřebuje další zdokonalování výzkumu a hodnocení aplikací.
