1. Wymagania dotyczące zarządzania temperaturą pojazdów elektrycznychHVCH)
Przedział pasażerski to przestrzeń, w której przebywa kierowca podczas jazdy. Aby zapewnić kierowcy komfortowe warunki jazdy, system zarządzania temperaturą w przedziale pasażerskim musi kontrolować temperaturę, wilgotność i temperaturę powietrza wlotowego we wnętrzu pojazdu. Wymagania dotyczące zarządzania temperaturą w przedziale pasażerskim w różnych warunkach przedstawiono w tabeli 1.
Kontrola temperatury akumulatora jest istotnym warunkiem zapewnienia wydajnej i bezpiecznej eksploatacji pojazdów elektrycznych. Zbyt wysoka temperatura może spowodować wyciek cieczy i samozapłon, co negatywnie wpływa na bezpieczeństwo jazdy; zbyt niska temperatura powoduje częściowe ograniczenie ładowania i rozładowywania akumulatora. Ze względu na wysoką gęstość energetyczną i niewielką wagę, akumulatory litowe stały się najpowszechniej stosowanymi akumulatorami w pojazdach elektrycznych. Wymagania dotyczące kontroli temperatury akumulatorów litowych oraz obciążenie cieplne akumulatorów w różnych warunkach, oszacowane na podstawie literatury, przedstawiono w tabeli 2. Wraz ze stopniowym wzrostem gęstości energetycznej akumulatorów, rozszerzeniem zakresu temperatur otoczenia oraz wzrostem szybkości ładowania, kontrola temperatury akumulatora w systemie zarządzania temperaturą zyskała na znaczeniu, nie tylko ze względu na zróżnicowane warunki drogowe oraz zróżnicowane tryby ładowania i rozładowywania. Obciążenie kontroli temperatury zmienia się w zależności od warunków pracy pojazdu, jednorodność pola temperatury między pakietami akumulatorów oraz zapobieganie i kontrola niekontrolowanego wzrostu temperatury również muszą spełniać wszystkie wymagania kontroli temperatury w różnych warunkach środowiskowych, takich jak obszary o silnym zimnie, wysokiej temperaturze i wysokiej wilgotności oraz gorące lato i zimna zima.
2. Pierwszy etap ogrzewania PTC
Na początkowym etapie industrializacji pojazdów elektrycznych, technologia bazowała zasadniczo na wymianie akumulatorów, silników i innych układów zasilania, w oparciu o stopniowe udoskonalenia. Zarówno klimatyzator pojazdu elektrycznego, jak i klimatyzator pojazdu spalinowego realizują funkcję chłodzenia poprzez cykl sprężania pary. Różnica między nimi polega na tym, że sprężarka klimatyzacji pojazdu spalinowego jest pośrednio napędzana przez silnik za pomocą paska, podczas gdy pojazd elektryczny bezpośrednio wykorzystuje sprężarkę z napędem elektrycznym do napędzania cyklu chłodzenia. Podczas ogrzewania pojazdów spalinowych zimą, ciepło odpadowe silnika jest bezpośrednio wykorzystywane do ogrzewania kabiny pasażerskiej bez dodatkowego źródła ciepła. Jednak ciepło odpadowe silnika pojazdu elektrycznego nie jest w stanie zaspokoić potrzeb grzewczych w zimie. Dlatego ogrzewanie zimowe stanowi problem, który pojazdy elektryczne muszą rozwiązać. Grzałka o dodatnim współczynniku temperaturowym (PTC) składa się z ceramicznego elementu grzejnego PTC i aluminiowej rurki (Podgrzewacz płynu chłodzącego PTC/Podgrzewacz powietrza PTC), który ma zalety małego oporu cieplnego i wysokiej wydajności wymiany ciepła i jest stosowany w nadwoziu pojazdów spalinowych. Dlatego wczesne pojazdy elektryczne wykorzystywały cykl chłodzenia parowego z wykorzystaniem sprężarki i ogrzewania PTC w celu zarządzania temperaturą przedziału pasażerskiego.
2.1 Zastosowanie technologii pompy ciepła w drugim etapie
W praktyce pojazdy elektryczne charakteryzują się dużym zapotrzebowaniem na energię grzewczą w zimie. Z termodynamicznego punktu widzenia, współczynnik COP ogrzewania PTC jest zawsze mniejszy niż 1, co powoduje wysokie zużycie energii elektrycznej przez ogrzewanie PTC i niski współczynnik wykorzystania energii, co poważnie ogranicza zasięg pojazdów elektrycznych. Technologia pomp ciepła wykorzystuje cykl sprężania pary do wykorzystania ciepła niskotemperaturowego z otoczenia, a teoretyczny współczynnik COP podczas ogrzewania jest większy niż 1. Dlatego zastosowanie systemu pompy ciepła zamiast PTC może zwiększyć zasięg pojazdów elektrycznych w warunkach ogrzewania. Wraz z dalszą poprawą pojemności i mocy akumulatora, stopniowo rośnie również obciążenie cieplne podczas jego pracy. Tradycyjna konstrukcja chłodzenia powietrzem nie jest w stanie sprostać wymaganiom dotyczącym kontroli temperatury akumulatora. Dlatego chłodzenie cieczą stało się główną metodą kontroli temperatury akumulatora. Ponadto, ponieważ komfortowa temperatura wymagana przez ludzkie ciało jest zbliżona do temperatury, w której normalnie pracuje akumulator, zapotrzebowanie na chłodzenie kabiny pasażerskiej i akumulatora można zaspokoić poprzez równoległe połączenie wymienników ciepła w układzie pompy ciepła w kabinie pasażerskiej. Ciepło akumulatora jest pośrednio odprowadzane przez wymiennik ciepła i układ chłodzenia wtórnego, a stopień integracji systemu zarządzania temperaturą pojazdu elektrycznego został poprawiony. Pomimo poprawy stopnia integracji, system zarządzania temperaturą na tym etapie integruje jedynie chłodzenie akumulatora i kabiny pasażerskiej, a ciepło odpadowe akumulatora i silnika nie jest efektywnie wykorzystywane.
Czas publikacji: 04-04-2023
