Napredek raziskav o upravljanju toplote električnih vozil
Tehnologija sistemske integracije
1. Uvod v sistem toplotnega vodenja
Sistem toplotnega upravljanja električnih vozil se je razvil iz sistema toplotnega upravljanja vozil s tradicionalnim gorivom, konfiguracija sistema pa se je postopoma razvila od relativne neodvisnosti vsake zanke toplotnega upravljanja do smeri integracije. Ker ni odpadne toplote motorja za uporabo, je potrebna dodatna oprema za zagotovitev vira toplote za ogrevanje potniškega prostora. Trenutno običajno uporabljene metode ogrevanja za električna vozila vključujejo ogrevanje z električnim grelnikom s pozitivnim temperaturnim koeficientom (PTC) in ogrevanje s klimatsko napravo s toplotno črpalko.
1.1 Enojna hladilna klimatska naprava + PTC
Upornost termistorja v PTC električnem grelniku se poveča z zvišanjem temperature, kar povzroči zmanjšanje grelne moči, zato ima PTC termistor konstantne temperaturne značilnosti. Zaradi preproste sestave in nizke cene ogrevalnega sistema PTC je večina zgodnjih električnih vozil uporabljala hlajenje klimatske naprave z enim hlajenjem in ogrevanje z električnim grelnikom PTC, da bi dosegli potrebe po hlajenju in ogrevanju potniškega prostora. Slika 1 je sistemski diagram enojne hladilne klimatske naprave + PTC. Med poletnim hlajenjem se uparjalnik, ki je nameščen v zračnem kanalu, uporablja za prevzem toplote za doseganje namena hlajenja. Obstajata dve možnosti ogrevanja. Ena je namestitev PTC neposredno v zračni kanal ohišja klimatske naprave, kot je prikazano na sliki 1(a). Ko je potrebno ogrevanje, se PTC vklopi in zrak v ogrevanem zračnem kanalu se pretaka v potniški prostor; drugi je Kot je prikazano na sliki 1(b), vodni PTC segreva hladilno sredstvo, hladilno sredstvo pa teče v jedro toplega zraka, ki je razporejeno v zračnem kanalu, in posredno segreva zrak v zračnem kanalu, da zadosti povpraševanju po ogrevanju.
1.2 Klimatska naprava s toplotno črpalko + PTC
Ker PTC uporablja električno ogrevanje in je učinkovitost ogrevanja manjša od 1, lahko ta način ogrevanja zmanjša doseg električnih vozil za 50 %. Teoretični izkoristek toplotnih črpalk je večji od 1, uporaba toplotnih črpalk namesto PTC ogrevanja pa je postala trend razvoja.
Klimatska naprava s toplotno črpalko + PTC sistem z elektromagnetnim štiripotnim povratnim ventilom in tremi toplotnimi izmenjevalniki. Klimatska naprava s toplotno črpalko prek stikala na ohišju ventila izvaja preklapljanje med načini hlajenja, ogrevanja, razvlaževanja, odmrzovanja in drugih načinov. Štiripotni preklopni ventil se pogosto uporablja na področju gospodinjskih klimatskih naprav. Njegova uporaba v klimatskih napravah s toplotno črpalko električnih vozil lahko dobro reši problem obračanja hladilnega sredstva med hlajenjem in ogrevanjem sistema, kot je prikazano na sliki 2(a). Ta sistemska rešitev ima manj delov, preprosto zgradbo in nizke stroške. Vendar pa ima štiripotni povratni ventil napake, kot je postopek varjenja bakra in aluminija, ki je težaven in zlahka korodira. Na strani visokega in nizkega tlaka je vpihnjen plin, ki vpliva na delovanje sistema. Klimatski sistemi s toplotno črpalko za osebna vozila večinoma uporabljajo rešitev s tremi toplotnimi izmenjevalniki z enim zunanjim toplotnim izmenjevalnikom in dvema notranjima toplotnima izmenjevalnikoma, preklapljanje med načini pa se izvaja prek več elektromagnetnih ventilov, kot je prikazano na sliki 2(b).
1.3 Klimatska naprava s toplotno črpalko + rekuperacija odpadne toplote + PTC
Naša država ima veliko ozemlje in široko temperaturno območje, zato je potrebno razširiti temperaturno območje klimatskih naprav s toplotno črpalko. Odpadna toplota motorjev in baterij je pozimi dragocen vir toplote. Številni proizvajalci in znanstvenoraziskovalne ustanove razmišljajo o rekuperaciji te toplote kot pomožnega vira toplote za razširitev področja uporabe klimatskih naprav s toplotno črpalko.
Slika 3 je diagram sistema toplotnega upravljanja električnega vozila, ki uporablja klimatsko napravo s toplotno črpalko + rekuperacijo odpadne toplote + PTC. Ta sistem lahko izvaja funkcije, kot so hlajenje potniške kabine, ogrevanje, odtaljevanje, odrosevanje in razvlaževanje, lahko pa tudi ogreje ali ohladi baterijo in pogonski motor. , poleg tega je mogoče doseči rekuperacijo odpadne toplote iz baterij in pogonskih motorjev. Načelo delovanja tega sistema je sledeče: funkcije hlajenja, ogrevanja, razvlaževanja, odtaljevanja in zamegljevanja potniškega prostora se izvajajo prek stikalne kombinacije elektromagnetnega ventila krogotoka hladilnega sredstva; hladilnemu krogu je dodan akumulatorski hladilnik (Chiller), ki je povezan vzporedno z uparjalnikom. ), ko ima baterija ali pogonski motor zahteve po hlajenju, teče hladilno sredstvo skozi hladilnik, da ohladi sekundarno hladivo v sekundarnem krogu; ko baterija ali pogonski motor nimata velike potrebe po odvajanju toplote, je mogoče stanje tripotnega ventila preklopiti za krmiljenje sekundarnega hladiva. Smer pretoka, toplota se odvaja na zunanjost vozila skozi nizkotemperaturni radiator za hlajenje akumulatorja ali pogonskega motorja; ko je treba baterijo ogreti, PTC vključi ogrevanje in realizira funkcijo ogrevanja s prilagoditvijo tripotnega ventila na strani hladiva; ko je okolje Ko je temperatura nizka, klimatske naprave s toplotno črpalko ni mogoče uporabiti in mora baterija ali pogonski motor odvajati toploto, sekundarno hladilno sredstvo absorbira toploto, ki jo mora odvajati na strani baterije ali pogonskega motorja, teče skozi tri -smerni ventil skozi hladilnik in izmenjuje toploto na stran hladiva. Ogrevanje potniškega prostora razširi temperaturno območje delovanja sistema in izboljša energetsko učinkovitost sistema.