Zgodovina razvoja električnih vozilToplotna
Tehnologija upravljanja
Toplotno upravljanje vozil je ena od osrednjih tehnologij za razvoj električnih vozil, ki vključuje upravljanje z več cilji, kot je nadzor temperature in vlažnosti v potniški kabini, nadzor temperature električnega sistema, preprečevanje rosenja in odrosevanje stekel itd. Glede na upravljanje toplote Arhitektura sistema in stopnja integracije je razvoj toplotnega upravljanja električnih vozil povzet v tri stopnje, kot je prikazano na sliki 1. Od enojnega hlajenja v kombinaciji z električnim ogrevanjem do toplotnih črpalk v kombinaciji z električnim pomožnim ogrevanjem do postopnega spajanja širokega temperaturnega območja toplotne črpalke s toplotnim upravljanjem vozil, tehnologija termičnega upravljanja vozil električnih vozil se postopoma razvija v visoko integrirani in inteligentni smeri ter v širokem temperaturnem razponu Sposobnost okoljske prilagodljivosti v regionalnih in ekstremnih razmerah se postopoma izboljšuje.
ⅠPrva stopnja PTC ogrevanja
V začetni fazi industrializacije električnih vozil so bila v osnovi razvita z zamenjavo napajalnih sistemov, kot so baterije in motorji, kot temeljne tehnologije. Pomožni sistemi, kot so klimatska naprava v kabini, odmegljevanje stekel in nadzor temperature pogonskih komponent, so temeljili na tradicionalni tehnologiji toplotnega upravljanja vozila z gorivom. Na podlagi postopnega izboljšanja. Tako čisto električne klimatske naprave za vozila kot klimatske naprave za vozila na gorivo dosegajo funkcije hlajenja s ciklom kompresije hlapov. Razlika med obema je v tem, da kompresor klimatske naprave vozil na gorivo posredno poganja motor preko jermena, medtem ko čisto električna vozila neposredno uporabljajo električni pogonski kompresor za pogon hlajenja. cikel. Pri ogrevanju vozila na gorivo pozimi se odpadna toplota motorja neposredno uporabi za ogrevanje potniškega prostora brez potrebe po dodatnih virih toplote. Vendar pa odpadna toplota motorja čisto električnih vozil ne more zadovoljiti potreb po ogrevanju pozimi. Zato je ogrevanje pozimi problem, ki ga morajo rešiti čisto električna vozila.
Ko električno vozilo deluje normalno, se baterija izprazni in proizvaja toploto, zaradi česar se temperatura dvigne, zaradi česar je treba baterijo ohladiti. Metode hlajenja baterij vključujejo predvsem zračno hlajenje, hlajenje s tekočino, hlajenje materiala s fazno spremembo in hlajenje toplotnih cevi. Ker ima zračno hlajenje preprosto zgradbo, nizke stroške in enostavno vzdrževanje, se je pogosto uporabljalo v zgodnjih električnih vozilih. Glavna oblika toplotnega upravljanja na tej stopnji je, da vsak neodvisen podsistem zadovoljuje potrebe toplotnega upravljanja.
ⅡDruga stopnja uporabe tehnologije toplotne črpalke
V dejanski uporabi imajo električna vozila večjo porabo energije za ogrevanje pozimi. S termodinamičnega vidika je COP ogrevanja PTC vedno manjši od 1, zaradi česar je poraba energije pri ogrevanju PTC visoka in stopnja izkoriščenosti energije nizka, kar resno omejuje električna vozila. kilometrina. Tehnologija toplotne črpalke uporablja parni kompresijski cikel za izkoriščanje nizke toplote v okolju. Teoretični COP med ogrevanjem je večji od 1. Zato lahko uporaba sistema toplotne črpalke namesto PTC poveča doseg električnih vozil v pogojih ogrevanja.
Vendar pa je v nizkotemperaturnih okoljih ogrevalna zmogljivost tradicionalnih sistemov toplotnih črpalk močno oslabljena in ne more zadovoljiti potreb po ogrevanju električnih vozil v nizkotemperaturnih okoljih. Za pomožno ogrevanje so potrebni dodatni grelci. Zato je metoda ogrevanja s toplotnimi črpalkami in pomožno toploto PTC postala pomembna metoda ogrevanja za električna vozila pozimi v nizkotemperaturnih okoljih. Glavna metoda ogrevanja kabine. Z nadaljnjim povečevanjem kapacitete in moči napajalnih baterij postopoma narašča tudi toplotna obremenitev med delovanjem napajalnih baterij. Tradicionalna struktura zračnega hlajenja ne more zadovoljiti potreb po nadzoru temperature električnih baterij, zato je tekočinsko hlajenje postalo glavna metoda nadzora temperature baterij.
Poleg tega, ker je udobna temperatura, ki jo potrebuje človeško telo, podobna temperaturi, pri kateri običajno deluje napajalna baterija, je mogoče potrebe po hlajenju potniškega prostora in napajalne baterije zadovoljiti z vzporedno povezavo toplotnih izmenjevalcev v toploti potniške kabine. sistem črpalke. Toplota akumulatorja se posredno odvzame preko toplotnega izmenjevalnika in sekundarnega hlajenja, izboljšana pa je tudi stopnja integracije celotnega sistema toplotnega upravljanja električnih vozil. Čeprav se je stopnja integracije izboljšala, sistem za upravljanje toplote na tej stopnji le na kratko integrira baterijsko hlajenje in hlajenje prostora za potnike, odpadna toplota baterije in motorja pa ni bila učinkovito izkoriščena.
ⅢRazvoj integrirane tehnologije za toplotno črpalko s širokim temperaturnim območjem in toplotno upravljanje vozila
Tradicionalne klimatske naprave s toplotno črpalko imajo nizko učinkovitost ogrevanja in nezadostno zmogljivost ogrevanja v visoko hladnih okoljih, kar omejuje scenarije uporabe električnih vozil. Zato je bila razvita in uporabljena vrsta metod za izboljšanje delovanja klimatskih naprav s toplotno črpalko pri nizkih temperaturah. Z razumnim dodajanjem sekundarnega kroga za izmenjavo toplote, medtem ko hlajenje napajalne baterije in motornega sistema, preostalo toploto recikliramo za povečanje ogrevalne zmogljivosti električnih vozil pri nizkih temperaturah. Eksperimentalni rezultati kažejo, da je zmogljivost ogrevanja klimatskih naprav s toplotno črpalko z rekuperacijo odpadne toplote znatno povečana v primerjavi s tradicionalnimi klimatskimi napravami s toplotno črpalko.
Ko pa je temperatura okolja nižja in je količina rekuperacije odpadne toplote manjša, samo rekuperacija odpadne toplote še vedno ne more zadostiti povpraševanju po zmogljivosti ogrevanja v okoljih z nizko temperaturo. Še vedno je treba uporabiti grelnike PTC, da bi nadomestili pomanjkanje ogrevalne zmogljivosti v zgornjih situacijah. Vendar pa je s postopnim izboljšanjem integracije toplotnega upravljanja tramvajev mogoče količino rekuperacije odpadne toplote povečati z razumnim povečanjem toplote, ki jo proizvaja motor, s čimer se poveča zmogljivost ogrevanja in COP sistema toplotne črpalke ter se izogne uporabi PTC grelnikov. Dodatno zmanjšuje zasedenost prostora sistema za upravljanje toplote, hkrati pa izpolnjuje potrebe po ogrevanju električnih vozil v okoljih z nizko temperaturo.
Poleg recikliranja odpadne toplote iz baterij in motornih sistemov je uporaba povratnega zraka tudi način za zmanjšanje porabe energije sistemov za upravljanje toplote pri nizkih temperaturah. Rezultati raziskav kažejo, da se lahko v okoljih z nizko temperaturo z razumnimi ukrepi za uporabo povratnega zraka izognemo rosenju in zmrzovanju avtomobilskih stekel, hkrati pa zmanjšamo porabo energije za ogrevanje električnih vozil za 46 % do 62 % in lahko zmanjšamo porabo energije za ogrevanje za približno 40 % pri večina. . Nippon Denso je razvil tudi ustrezno dvoslojno strukturo povratnega zraka/svežega zraka, ki lahko prepreči rosenje in zmanjša izgubo toplote zaradi prezračevanja za 30 %. Na tej stopnji se okoljska prilagodljivost termičnega upravljanja električnih vozil v ekstremnih pogojih postopno izboljšuje in se razvija v smeri integracije in ozelenitve.
Da bi dodatno izboljšali učinkovitost toplotnega upravljanja akumulatorja v pogojih visoke moči in zmanjšali zapletenost toplotnega upravljanja, je trenutna tudi metoda neposrednega hlajenja in neposrednega ogrevanja akumulatorja, ki neposredno pošilja hladilno sredstvo v baterijski paket za izmenjavo toplote. tehnična rešitev. Konfiguracija toplotnega upravljanja neposredne izmenjave toplote med paketom baterij in hladilnim sredstvom je prikazana na sliki 5. Tehnologija neposrednega hlajenja lahko izboljša učinkovitost izmenjave toplote in prenos toplote, doseže bolj enakomerno porazdelitev temperature znotraj baterije, zmanjša sekundarne zanke in poveča sistemske odpadke rekuperacija toplote, s čimer se izboljša učinkovitost nadzora temperature baterije. Ker pa tehnologija neposredne izmenjave toplote med akumulatorjem in hladilnim sredstvom zahteva, da sistem toplotne črpalke poveča hladilno toploto, je po eni strani nadzor temperature akumulatorja omejen z zagonom in zaustavitvijo klimatskega sistema toplotne črpalke, kar ima določen vpliv na delovanje hladilne zanke. Prav tako omejuje uporabo naravnih virov hladu v prehodnih sezonah, zato ta tehnologija še vedno potrebuje nadaljnje izboljšave raziskav in vrednotenje uporabe.
