Tehnične zahteve sistemov toplotnega upravljanja
za čisto električna vozila
Vir hladu, vir toplote in drugi viri energije klimatskega sistema v popolnoma električnih vozilih prihajajo iz akumulatorskega sistema. Pri povsem električnih vozilih klimatska naprava ne vpliva neposredno le na udobje med vožnjo, ampak tudi na njihov doseg.
Klimatski sistem popolnoma električnega vozila ne sme zagotavljati samo funkcij hlajenja/gretja, temveč mora upoštevati tudi porabo energije sistema, s čimer se poveča njegova kompleksnost. Zaradi spremembe vrste moči ima električni spiralni kompresor, ki se uporablja v klimatskih napravah električnih vozil, znatno izboljšano vrednost in volumetrično učinkovitost v primerjavi s tradicionalnimi kompresorji. Trenutno električna vozila za ogrevanje uporabljajo predvsem PTC grelnike, kar znatno zmanjša doseg pozimi. V prihodnje se pričakuje postopno uvajanje klimatskih naprav s toplotnimi črpalkami z višjim izkoristkom ogrevanja.
Sistem toplotnega upravljanja novih energetskih vozil mora izpolnjevati zahteve glede klimatske naprave v kabini (hlajenje, ogrevanje, odrosevanje itd.), nadzora temperature paketa baterij ter odvajanja toplote motorja in krmilnika. Na podlagi zahtev celovitega upravljanja z energijo vozila, kompaktnosti in lahke zasnove se sistemi za upravljanje toplote avtomobilov postopoma razvijajo v smeri integriranega upravljanja toplote vozila.
Na splošno avtomobilski sistemi za upravljanje toplote vključujejo predvsem sisteme za hlajenje motorja, klimatske sisteme in sisteme za upravljanje toplote baterije. Funkcionalno je razdeljen na dve glavni komponenti: toplotni sistem motornega prostora in toplotni sistem kabine, s tremi glavnimi cikli: ciklom motorja, ciklom klimatske naprave in ciklom hladilnika polnilnega zraka. Hladilni cikel motorja je razmeroma preprost, vključno z motorjem, radiatorjem, termostatom in vodno črpalko. Cikel klimatske naprave je v glavnem sestavljen iz kondenzatorja, kompresorja in ekspanzijskega ventila. Funkcija sistema vmesnega hladilnika s turbinskim polnilnikom je povečati prostornino vsesanega zraka motorja, da se izboljšajo njegove karakteristike moči. Težava je v tem, da je temperatura zraka, ki ga pritiska turbopolnilnik, zelo visoka; neposreden vstop v motor bi pospešil staranje motornega mazalnega olja, zaradi česar bi moral hladilnik polnilnega zraka znižati temperaturo vsesanega zraka.
1) Klimatski sistem: tradicionalna bencinska vozila za klimatsko napravo uporabljajo kompresor-, ki ga poganja motor, medtem ko lahko nova energetska vozila uporabljajo samoelektrični kompresorji. Pri vozilih z bencinskim motorjem so procesi klimatske naprave in hlajenja motorja razmeroma neodvisni, medtem ko so pri vozilih z novo energijo trije-električni hladilni sistemi tesno povezani in si običajno delijo vir hladu s sistemom za hlajenje baterije. Pri bencinskih vozilih motor služi kot vir toplote, pri čemer uporablja vodno črpalko za poganjanje kroženja vode za ogrevanje. Trenutno večina novih energetskih vozil uporablja električno ogrevanje, vendar je prihodnji trend usmerjen v bolj energetsko-učinkovite klimatske naprave s toplotno črpalko.
(2) Toplotno upravljanje baterije:Optimalno delovno temperaturno območje za električne baterije je 20–30 stopinj. Pri nizkih temperaturah je zmogljivost baterije nižja, zmogljivost polnjenja/praznjenja pa slaba; pri visokih temperaturah se življenjska doba baterije skrajša, previsoke temperature pa lahko povzročijo celo varnostne težave, kot so eksplozije. Več baterijskih celic je zaporedno in vzporedno povezanih v baterijski sklop, toplota, ki nastane med polnjenjem in praznjenjem, pa vpliva druga na drugo. Vzdrževanje napajalne baterije v razumnem temperaturnem območju zahteva zapleten sistem za upravljanje toplote baterije.
(3) Toplotno upravljanje motorja in elektronskega krmilnega sistema: motorji in komponente elektronskega krmiljenja novih energetskih vozil imajo visoke zahteve glede odvajanja toplote med delovanjem in običajno zahtevajo aktivno hlajenje. Te komponente pogosto potrebujejo samo hladilne naprave.
