Analiza tehnologije toplotnega upravljanja električnih baterij
čistih električnih vozil
1 Hlajenje baterije
Na splošno obstajajo trije glavni načini hlajenja za pogonske baterije čisto električnih vozil: zračno hlajenje, hlajenje s tekočino in neposredno hlajenje.
1) Tehnologija zračnega hlajenja (zračno hlajenje) uporablja naravni veter ali hladen zrak, ki ga ustvari hladilni sistem vozila, da odstrani toploto s toplotno konvekcijo ali toplotno prevodnostjo, da doseže namen hlajenja baterije. Tehnologija zračnega hlajenja ima značilnosti enostavnega sistema, poceni in enostavnega vzdrževanja ter se pogosto uporablja.
2) Tehnologija tekočega hlajenja uporablja tekočino kot medij za prenos toplote. Tekočina odvzema toploto, ko teče skozi cevi znotraj napajalne baterije. Tekočina, ki se uporablja pri hlajenju s tekočino, je večinoma hladilna tekočina, ki kroži v hladilnem sistemu vozila. Toplota, ki jo odvzame hladilna tekočina, se skozi radiator odvaja v zrak. Nekatera vozila imajo v hladilnem sistemu izmenjevalnik toplote, imenovan Chiller, ki povezuje hladilni sistem vozila in hladilni sistem za povečanje hladilnega učinka sistema. V primerjavi s tehnologijo zračnega hlajenja ima tehnologija tekočinskega hlajenja značilnosti močne hladilne zmogljivosti, dobre enakomernosti in visoke hitrosti.
3) Tehnologija neposrednega hlajenja uporablja hladilno sredstvo v hladilnem sistemu za neposredno odvzem toplote napajalne baterije, nato pa v napajalno baterijo namesti ekspanzijski ventil in uparjalnik. Hladilno sredstvo izhlapi v uparjalniku, da absorbira toploto. Ker tehnologija neposrednega hlajenja nima toplotnega izmenjevalnika pri tehnologiji tekočega hlajenja, je neposredno hlajenje bolj učinkovito. Ko pa se napajalna baterija ohladi, je treba del hladilnega sredstva v hladilnem sistemu preusmeriti, kar bo vplivalo na učinek hlajenja potniškega prostora in zmanjšalo udobje.
2 Ogrevanje baterije
Obstajata dve glavni vrsti tehnologij ogrevanja električnih baterij: samoogrevanje baterije in uporaba zunanjih grelnih elementov. Samosegrevanje baterije, kot že ime pove, uporablja toploto, ki jo ustvari baterija med polnjenjem in praznjenjem, za zvišanje temperature baterije, vendar ima ta metoda počasno učinkovitost segrevanja in je bila v bistvu opuščena.
Uporaba zunanjih grelnih elementov uporablja predvsem grelne folije in PTC. Grelni film je blizu površine baterijskega modula in ustvarja toploto za povečanje temperature akumulatorja, ko je vklopljen. Metoda ogrevanja baterije je podobna metodi hlajenja, obstajajo pa tudi tri vrste: ogrevanje zraka, ogrevanje vode in neposredno ogrevanje s hladilnim sredstvom.
3 Sistem toplotnega upravljanja
Pri hlajenju in ogrevanju akumulatorja se lahko neodvisno izberejo različni načini, a ko postaja integracija vozil vedno višja, se postavljajo višje zahteve tudi za sistem toplotnega upravljanja vozila. Zato se je pojavil sistem toplotnega upravljanja, ki lahko realizira tako hlajenje baterije kot ogrevanje baterije. Nekatera vozila so celo razvila visoko integriran sistem toplotnega upravljanja z uporabo klimatskih naprav s toplotno črpalko, ki organsko združuje tri glavne sisteme hladilnega sistema vozila, hlajenja/gretja akumulatorja ter hlajenja in ogrevanja potniškega prostora.
Arhitektura sistema za toplotno upravljanje
Arhitektura sistema za toplotno upravljanje popolnoma električnega vozila je prikazana na sliki 1. Ta sistem za toplotno upravljanje uporablja klimatske naprave s toplotno črpalko za neposredno hlajenje in ogrevanje baterij, hlajenje električnega pogonskega sistema ter hlajenje in ogrevanje potniški prostor. V električnem pogonskem krogu je vzpostavljen ločen vodni hladilni krog, ki je povezan s sistemom toplotne črpalke prek ploščnega toplotnega izmenjevalnika za prenos toplote, ki lahko uresniči funkcije rekuperacije odpadne toplote in ogrevanja stojnice; v mrzli zimi, da bi rešili problem slabega učinka ogrevanja klimatskih naprav s toplotno črpalko, se PTC prilagodi za povečanje učinka ogrevanja potniškega prostora. Ta sistem za upravljanje toplote lahko zadovolji potrebe po hlajenju in ogrevanju v več načinih.
Princip sistema toplotnega upravljanja
Ker ima sistem več načinov delovanja, ta članek predstavlja samo princip delovanja akumulatorja ali načinov hlajenja in ogrevanja potniškega prostora.
1) Načelo hlajenja akumulatorja. Ko je temperatura napajalne baterije visoka in jo je treba ohladiti, se elektromagnetni ventil za hlajenje klimatske naprave, elektromagnetni ventil za izmenjavo toplote zraka, elektronski ekspanzijski ventil baterije in elektromagnetni ventil za hlajenje baterije v sistemu odprejo (elektromagnetni ventil za ogrevanje baterije je zaprt). Ko hladilno sredstvo teče skozi elektronski ekspanzijski ventil akumulatorja, se z dušenjem razširi, izhlapi in absorbira toploto v ploščnem toplotnem izmenjevalniku paketa baterij ter odvzame toploto, da doseže namen hlajenja akumulatorja. Če ima potniški prostor tudi potrebo po hlajenju v tem času, samo odprite hladilni elektronski ekspanzijski ventil (zaprite elektromagnetni ventil za ogrevanje klimatske naprave) in del hladilnega sredstva izhlapi in absorbira toploto v uparjalniku v avtomobilu, da se doseže hlajenje potniškega prostora.
2) Načelo ogrevanja akumulatorja. Ko je temperatura akumulatorja nizka in ga je treba segreti, se v sistemu odpre elektromagnetni ventil za ogrevanje akumulatorja, elektronski ekspanzijski ventil akumulatorja, elektromagnetni ventil za izmenjavo toplote vodnega vira in elektromagnetni ventil za ogrevanje klimatske naprave (elektronski ekspanzijski ventil za ogrevanje, klimatska naprava hladilni elektromagnetni ventil, elektromagnetni ventil za izmenjavo toplote zraka in hladilni elektronski ekspanzijski ventil so zaprti), visokotemperaturno hladilno sredstvo, stisnjeno s kompresorjem, teče skozi ploščni toplotni izmenjevalnik paketa baterij, da segreje nizkotemperaturno baterijo. Po segrevanju temperatura hladiva pade, teče skozi ploščni izmenjevalnik toplote, absorbira toploto iz električnega pogonskega kroga in realizira rekuperacijo odpadne toplote. Če je treba v tem trenutku ogreti tudi potniški prostor, samo odprite elektronski ekspanzijski ventil ogrevanja in del visokotemperaturnega hladiva steče skozi kondenzator v avtomobilu, sprosti toploto v potniški prostor in se nato združi z baterijo. grelno hladilno sredstvo pred ploščnim izmenjevalnikom toplote, da še naprej sodeluje v ciklu. Če je temperatura okolja zelo nizka, sistem vklopi PTC za pomoč pri ogrevanju potniškega prostora.
