Vývoj automobilového HVAC podle trendu elektrifikace
Pod vlnou elektrifikace a inteligence vozidel se elektrická vozidla rychle vyvíjela. Prodeje elektrických vozidel v posledních několika letech rychle rostly, ale „úzkost z dojezdu“ a „úzkost o bezpečnost“ stále trápí mnoho spotřebitelů. Problém cestovního dosahu je zvláště zřejmý při nízkých teplotách. Když elektrické vozidlo jezdí při nízkých teplotách, může být cestovní schopnost vozidla snížena o více než 40 % v důsledku použití klimatizace topení a sníženého výkonu baterie. Z hlediska bezpečnosti je také zvláště důležitá baterie a tepelný management elektrických spotřebičů v autě. Tyto problémy vyžadují k vyřešení výkonnější automobilový systém tepelného managementu. Jednoduše řečeno, automobilový systém tepelného managementu zahrnuje především související části, jako je HVAC, tepelný management baterie, elektronické ovládání motoru a tepelný management vysoce výkonných elektrických spotřebičů.
Mezi nimi HVAC vozidla (Heating, Ventilation, and Air Conditioning, HVAC) označuje systém nebo související zařízení zodpovědné za vytápění, ventilaci a klimatizaci ve vozidle. Konkrétně se HVAC dělí hlavně na související komponenty, jako jsou chladicí zařízení, topná zařízení a rozhraní člověk-stroj (HMI).
Dále se podíváme na chladicí zařízení, topné zařízení a HMI v HVAC a zaměříme se na technická řešení a vývojové trendy HVAC pro elektromobily.
1. Chladící zařízení
Chladicí zařízení automobilového HVAC je podobné naší běžné klimatizaci, která využívá stavový cyklus komprese chladiva, kondenzace, expanze a odpařování k dosažení regulace teploty. K přenosu tepla dochází především změnami skupenství chladiva. Hlavní součásti chladicí jednotky odpovědné za výše uvedené funkce jsou kompresor, kondenzátor, expanzní ventil, přijímač/sušička a výparník.
Jak je znázorněno na obrázku, kapalné chladivo absorbuje teplo z prostoru pro cestující a odpařuje se ve výparníku do plynného stavu. Pára je pak odváděna z výparníku kompresorem, který stlačuje páru, aby se zvýšil její tlak. Vysokotlaká pára o vysoké teplotě generovaná kompresorem je poté ochlazována venkovním vzduchem v kondenzátoru a kondenzována na vysokotlakou kapalinu. Kapalina expanduje a dekompresuje v expanzním ventilu před vstupem do výparníku. Výše uvedený proces představuje kontinuální cyklus. Proces odpařování absorbuje teplo z okolního vzduchu, aby se dosáhlo chladicího účinku, a studený vzduch je vháněn do prostoru pro cestující ventilátorem.
2. Topné zařízení
U vozidel se spalovacím motorem je snazší vozidlo zahřát než chladit. Konverzní účinnost spalovacího motoru je nízká (asi 30 %) a během provozu generuje více tepla. Toto teplo proudí do jádra ohřívače přes chladicí kapalinu a poté lze jednoduchým ovládáním vhánět regulovatelný horký vzduch do kabiny ventilátorem. , udržování konstantní teploty v kabině. Proces je velmi ekonomický a jednoduchý a lze jej provádět, dokud je spalovací motor v provozu. Nevyžaduje další palivo a nezvýší spotřebu paliva. Ale u elektromobilů je topení poměrně komplikovanou operací. V současnosti jsou běžnějšími řešeními vytápění PTC a tepelná čerpadla.
PTC (Positive Temperature Coefficient, Positive Temperature Coefficient Resistor) je typický polovodičový rezistor s kladnou teplotní citlivostí. Když je pod napětím, bude generovat teplo, které lze využít pro vytápění klimatizací. Když je PTC poprvé zapnuto, jeho odpor bude vykazovat pomalu klesající trend s rostoucí teplotou, to znamená, že jeho výhřevnost při pokojové teplotě je nízká; když teplota překročí Curieovu teplotu, hodnota jeho odporu se s teplotou sníží. Zvyšování je postupné zvyšování a skutečný výkon je takový, že automaticky přestane fungovat. Jako prvek PTC pro vytápění může jeho funkce automatické konstantní teploty eliminovat potřebu složitého okruhu regulace teploty. V elektrických vozidlech je PTC přímo napájeno vysokonapěťovou baterií a poté je jeho stav vytápění řízen jednoduchým PWM spínačem, aby se dosáhlo velmi jednoduchého a spolehlivého systému vytápění.
Přestože má PTC vlastnosti jednoduché konstrukce, odolných materiálů a dobrého topného účinku, struktura systému přímého napájení vysokonapěťovou baterií způsobuje, že proces zahřívání ovlivňuje dojezd elektromobilů. Výzkum ukazuje, že použití PTC sníží životnost baterie elektrických vozidel přibližně o 24 %.
Dalším řešením je tepelné čerpadlo. Jako typ odporového prvku je limit PTC COP (Coefficient of Performance, topná účinnost) 100 %, to znamená, že elektrická energie může být přeměněna maximálně na stejné množství tepelné energie, zatímco tepelné čerpadlo může být až 300 %. Princip tepelného čerpadla je podobný jako u domácí klimatizace. Chladivo proudí obousměrně ve výparníku a kondenzátoru klimatizace čtyřcestným ventilem a přenáší tepelnou energii z nízkoúrovňového zdroje tepla na vysokoúrovňový zdroj tepla, čímž se dosahuje efektu vytápění nebo chlazení. Tento „přenos tepla“ Ve srovnání s režimem PTC může proces, který nevytváří teplo, výrazně šetřit elektrickou energii, čímž se účinně prodlužuje cestovní dojezd elektrických vozidel a stává se důležitým aplikačním trendem HVAC pro elektrická vozidla.
3. HMI
Pokud motor dává autu do pohybu, dává autu život a je kufrem auta, pak HMI dává autu moudrost a myšlení a je duší auta. Proto byla systémová řešení HMI vždy ceněna automobilovými OEM. OEM musí řidičům a cestujícím poskytovat bezpečnou, flexibilní a pohodlnou navigaci a zábavu. Zároveň je to také důležitý faktor při formování diferenciace produktů. V posledních letech, s elektrifikací automobilů a pohonem velkých výrobců nových energetických automobilů, se HMI postupně rozvinulo směrem k centralizaci, screeningu a inteligenci, podobně jako vývoj chytrých telefonů. HVAC již mnohokrát nemá zcela nezávislé rozhraní HMI, ale je sdíleno s dalšími funkcemi.
