Pregled tehnologije toplotnega upravljanja 2
1.2 Toplotno upravljanje motorjev in elektronskih krmilnikov
Toplotno upravljanje motorjev električnih vozil in elektronskih krmilnih sistemov je pomemben del zagotavljanja dolgoročno stabilnega delovanja vozil, podaljšanja življenjske dobe komponent in izboljšanja energetske učinkovitosti. Motorji in elektronske krmilne komponente med delovanjem proizvajajo veliko toplote. Previsoke temperature ne bodo samo zmanjšale zmogljivosti sistema, ampak lahko celo povzročijo varnostne nevarnosti. Za toplotno upravljanje povsem električnih motorjev vozil in elektronskih krmilnikov se odvajanje toplote trenutno v glavnem dosega s sistemi za zračno hlajenje, sistemi za hlajenje s tekočino in tehnologijo toplotnih cevi. Nekateri sistemi tudi reciklirajo odpadno toploto motorjev in elektronskih krmilnih sistemov.
1) Sistem zračnega hlajenja. Kot tradicionalna metoda odvajanja toplote motorja sistem zračnega hlajenja uporablja pretok zraka, ki nastane med vožnjo vozila, za odvajanje toplote in odstranjuje odvečno toploto, ki jo proizvaja motor z naravno ali prisilno konvekcijo. Sistem zračnega hlajenja ima razmeroma preprosto strukturo in nizke stroške. Ne potrebuje dodatnih hladilnih medijev in je primeren za situacije, kjer gostota moči ni visoka. Ker pa se pogonski motorji električnih vozil razvijajo proti visoki gostoti moči, zlasti v pogojih stalne visoke obremenitve, je zmogljivost odvajanja toplote zračnega hlajenja postopoma postala nezadostna.
2) Tehnologija tekočega hlajenja. Tehnologija hlajenja s tekočino ima pomembno vlogo pri toplotnem upravljanju motorjev električnih vozil. Ta tehnologija uporablja hladilno tekočino (kot je voda, raztopina etilenglikola itd.) kot medij za prenos toplote in je tesno pritrjena na navitje motorja ali površino ohišja prek obtočnega cevovoda, s čimer učinkovito absorbira in odvaja toploto. Tekočinski hladilni sistem lahko hitro in enakomerno ohladi vse dele motorja in je še posebej primeren za visokozmogljiva električna vozila. Hkrati je treba za preprečitev varnostnih tveganj zaradi uhajanja hladilne tekočine uporabiti materiale in tehnologije z dobrimi tesnilnimi lastnostmi ter dodati nadzorne in alarmne naprave.
3) Tehnologija toplotnih cevi. Tehnologija toplotnih cevi lahko pomaga enakomerno prevajati toploto in izboljša učinkovitost odvajanja toplote. Toplotni senzorji in inteligentni kontrolni algoritmi lahko dosežejo spremljanje in prilagajanje temperature sistema v realnem času. Poleg tega lahko uporaba materialov z visoko toplotno prevodnostjo in optimizirano zasnovo izboljša tudi učinkovitost izmenjave toplote komponent za odvajanje toplote.
1.3 Sistem toplotnega upravljanja v potniškem prostoru
Toplotno upravljanje potniškega prostora električnih vozil je ena ključnih tehnologij za zagotavljanje udobja voznikov in potnikov, izboljšanje energetske učinkovitosti vozila in podaljšanje dosega vožnje. Zajema predvsem poletno hlajenje, pozimi ogrevanje in inteligentno krmiljenje regulacije temperature. Za poletno hlajenje se večinoma uporablja hladilni sistem z izparilnim ciklom. Razlika je predvsem v zimskem načinu ogrevanja. Glavni načini ogrevanja sistema toplotnega upravljanja potniškega prostora so naslednji:
1) Grelnik PTC je ogrevalna rešitev, ki se je v zgodnjih dneh pogosto uporabljala v električnih vozilih. V nizkotemperaturnem okolju lahko grelnik PTC hitro zagotovi toploto potniškemu prostoru, vendar je njegova učinkovitost pretvorbe energije razmeroma nizka, proces ogrevanja pa neposredno porablja energijo baterije, kar ima lahko določen vpliv na vzdržljivost električnih vozil.
2) Klimatska naprava s toplotno črpalko igra pomembno vlogo pri toplotnem upravljanju potniških prostorov električnih vozil, zlasti pri zimskem ogrevanju. Sistem uporablja obratni Carnotov cikel za rekuperacijo odpadne toplote iz zunanjega okolja ali notranjih komponent in pretvarja nizkokakovostno toplotno energijo v visokokakovostno toplotno energijo prek komponent, kot so kompresorji, uparjalniki in kondenzatorji, da doseže učinkovito ogrevanje. V primerjavi s tradicionalnimi grelniki PTC imajo sistemi toplotnih črpalk višje razmerje energetske učinkovitosti, kar do določene mere zmanjša povpraševanje po energiji vgrajene baterije. Z razvojem tehnologije so postopoma pritegnili pozornost sistemi toplotnih črpalk z dvema viroma ali več viri (kot je vgrajena funkcija rekuperacije odpadne toplote motorja), kar je dodatno izboljšalo delovanje toplotnih črpalk v okoljih skrajno nizkih temperatur. Vendar se bo učinkovitost klimatskih sistemov s toplotno črpalko znatno zmanjšala v okoljih z nizko temperaturo. Glavni razlog je, da se tlak izhlapevanja in absorpcija toplote hladilnega sredstva pri nizki temperaturi okolja zmanjšata, kar povzroči zmanjšanje koeficienta učinkovitosti (COP) in težave pri normalnem delovanju. Za rešitev tega problema se za izboljšave običajno uporabljajo tehnologije, kot so dopolnjevanje zraka in povečanje entalpije, odtaljevanje in rekuperacija odpadne toplote.
Postopoma se razvijajo tudi nekatere nastajajoče tehnologije toplotnega upravljanja potniškega prostora, ki se poskušajo uporabiti na področju električnih vozil. Na primer: tehnologija shranjevanja energije materiala s fazno spremembo lahko absorbira odvečno toploto, ko je temperatura v potniškem prostoru previsoka, in sprosti shranjeno toploto, ko je temperatura prenizka; tehnologija za zajemanje sončne energije lahko zbira energijo sončnega sevanja prek sončnih kolektorjev, nameščenih na strehi, in jo pretvori v električno energijo ali toploto za uporabo v klimatskem sistemu; poleg tega inteligentni sistem toplotnega upravljanja uporablja napredna senzorska omrežja in nadzorne algoritme za spremljanje temperature v kabini in zunaj nje ter potreb potnikov v realnem času ter dinamično prilagajanje strategije toplotnega upravljanja za doseganje najboljšega učinka izrabe energije.
