Pokrok ve výzkumu tepelného managementu elektrických vozidel
Technologie systémové integrace
1. Úvod do systému tepelného hospodářství
Systém řízení teploty elektrických vozidel se vyvinul ze systému řízení teploty tradičních palivových vozidel a konfigurace systému se také postupně vyvíjela od relativní nezávislosti každé smyčky řízení teploty ke směru integrace. Vzhledem k tomu, že odpadní teplo motoru není využito, je zapotřebí dodatečné vybavení, které zajistí zdroj tepla pro vytápění prostoru pro cestující. V současné době běžně používané způsoby vytápění elektrických vozidel zahrnují vytápění elektrickým ohřívačem s kladným teplotním koeficientem (PTC) a vytápění klimatizací tepelným čerpadlem.
1.1 Jednoduchá chladicí klimatizace + PTC
Odpor termistoru v elektrickém ohřívači PTC se bude zvyšovat s rostoucí teplotou, což má za následek pokles topného výkonu, takže termistor PTC má konstantní teplotní charakteristiky. Kvůli jednoduchému složení a nízké ceně topného systému PTC používala většina raných elektrických vozidel chlazení klimatizací s jedním chlazením a vytápění elektrickým topením PTC k dosažení potřeb chlazení a vytápění prostoru pro cestující. Obrázek 1 je systémový diagram jedné chladicí klimatizace + PTC. Během letního chlazení se výparník umístěný ve vzduchovém kanálu používá k absorbování tepla, aby se dosáhlo účelu chlazení. Existují dvě možnosti vytápění. Jedním z nich je umístit PTC přímo do vzduchového potrubí klimatizační skříně, jak je znázorněno na obrázku 1(a). Když je potřeba zahřát, PTC se aktivuje a vzduch v kanálu ohřátého vzduchu je veden do prostoru pro cestující; druhý je Jak je znázorněno na obrázku 1(b), vodní PTC ohřívá chladivo a chladivo proudí do teplovzdušného jádra uspořádaného ve vzduchovém potrubí, čímž nepřímo ohřívá vzduch ve vzduchovém potrubí, aby uspokojil požadavek na vytápění.
1.2 Klimatizace s tepelným čerpadlem + PTC
Vzhledem k tomu, že PTC využívá elektrické vytápění a účinnost vytápění je menší než 1, může tento způsob vytápění snížit cestovní dojezd elektrických vozidel o 50 %. Teoretická účinnost tepelných čerpadel je větší než 1 a používání tepelných čerpadel místo PTC vytápění se stalo vývojovým trendem.
Klimatizace s tepelným čerpadlem + PTC systém využívající elektromagnetický čtyřcestný přepínací ventil a tři výměníky tepla. Klimatizační systém s tepelným čerpadlem realizuje přepínání režimů chlazení, topení, odvlhčování, odmrazování a dalších systémů prostřednictvím spínače na tělese ventilu. Čtyřcestný přepínací ventil byl široce používán v oblasti klimatizace domácností. Jeho aplikace v klimatizačním systému s tepelným čerpadlem elektrických vozidel může dobře vyřešit problém reverzace chladiva během chlazení a vytápění systému, jak je znázorněno na obrázku 2(a). Toto systémové řešení má méně dílů, jednoduchou strukturu a nízkou cenu. Čtyřcestný přepínací ventil má však vady, jako je proces svařování měď-hliník je obtížný a snadno koroduje. Na straně vysokého a nízkého tlaku dochází k profukování plynu, což ovlivňuje výkon systému. Klimatizační systémy osobních automobilů s tepelným čerpadlem většinou používají řešení se třemi výměníky tepla s jedním venkovním výměníkem tepla a dvěma vnitřními výměníky tepla a přepínání režimů se provádí pomocí více elektromagnetických ventilů, jak je znázorněno na obrázku 2(b).
1.3 Klimatizace s tepelným čerpadlem + rekuperace odpadního tepla + PTC
Naše země má rozsáhlé území a velké teplotní pásmo napříč, proto je nutné rozšířit teplotní rozsah klimatizací s tepelným čerpadlem. Odpadní teplo z motorů a baterií je v zimě cenným zdrojem tepla. Mnoho výrobců a vědecko-výzkumných institucí zvažuje rekuperaci tohoto tepla jako pomocný zdroj tepla pro rozšíření rozsahu použití klimatizací s tepelným čerpadlem.
Obrázek 3 je schéma tepelného managementu elektrického vozidla využívajícího klimatizaci tepelného čerpadla + rekuperaci odpadního tepla + PTC. Tento systém může realizovat funkce, jako je chlazení kabiny pro cestující, vytápění, odmrazování, odmlžování a odvlhčování, a může také ohřívat nebo chladit baterii a hnací motor. , navíc lze dosáhnout rekuperace odpadního tepla z baterií a hnacích motorů. Princip fungování tohoto systému je následující: funkce chlazení, topení, odvlhčování, odmrazování a odmlžování prostoru pro cestující jsou realizovány pomocí kombinace spínačů elektromagnetického ventilu okruhu chladiva; do okruhu chladiva je přidán bateriový chladič (Chiller) zapojený paralelně s výparníkem. ), když má baterie nebo hnací motor požadavky na chlazení, chladivo proudí chladičem, aby ochladilo sekundární chladivo v sekundárním okruhu; když baterie nebo hnací motor nemají velkou potřebu odvodu tepla, lze přepnout stav třícestného ventilu pro řízení sekundárního chladiva. Směr proudění, teplo je odváděno ven z vozidla přes nízkoteplotní chladič pro chlazení baterie nebo hnacího motoru; když baterie potřebuje zahřát, PTC aktivuje vytápění a realizuje funkci vytápění prostřednictvím nastavení třícestného ventilu na straně chladiva; když je okolní prostředí Když je teplota nízká, nelze použít klimatizaci tepelného čerpadla a baterie nebo hnací motor potřebuje odvádět teplo, sekundární chladivo absorbuje teplo, které potřebuje k rozptýlení na straně baterie nebo hnacího motoru, protéká třemi -cestný ventil přes chladič a vyměňuje teplo na stranu chladiva. Vytápění prostoru pro cestující rozšiřuje rozsah provozních teplot systému a zlepšuje energetickou účinnost systému.
