История развития электромобилейТермальный
Технология управления
Управление температурным режимом транспортного средства является одной из основных технологий разработки электромобилей, включающей многоцелевое управление, такое как контроль температуры и влажности в пассажирском салоне, контроль температуры энергосистемы, защита от запотевания и запотевания стекол и т. д. Согласно термическому управлению В архитектуре системы и степени интеграции разработка системы терморегулирования электромобилей разбита на три этапа, как показано на рисунке 1. От одиночного охлаждения в сочетании с электрическим обогревом до тепловых насосов в сочетании со вспомогательным электрическим обогревом и постепенного подключения широкой температурной зоны. тепловые насосы с управлением температурой автомобиля, технология управления температурой электромобилей постепенно развивается в высокоинтегрированном и интеллектуальном направлении и в широком диапазоне температур. Способность к адаптации к окружающей среде в региональных и экстремальных условиях постепенно улучшается.
ⅠНагрев PTC первой ступени
На начальном этапе индустриализации электромобилей они в основном разрабатывались с заменой таких систем питания, как аккумуляторы и двигатели, в качестве основных технологий. Вспомогательные системы, такие как кондиционирование воздуха в кабине, защита от запотевания стекол и контроль температуры силовых компонентов, были основаны на традиционной технологии управления температурой транспортных средств, работающей на топливе. На основе постепенного улучшения. Как кондиционеры для электромобилей, так и кондиционеры для автомобилей, работающих на топливе, выполняют функции охлаждения за счет цикла сжатия пара. Разница между ними заключается в том, что компрессор кондиционера автомобилей, работающих на топливе, приводится в движение двигателем косвенно через ремень, тогда как в чисто электромобилях напрямую используется компрессор с электроприводом для привода охлаждения. цикл. При отоплении автомобиля зимой отработанное тепло двигателя напрямую используется для обогрева салона без необходимости использования дополнительных источников тепла. Однако отходящее тепло двигателей электромобилей не может удовлетворить потребности в отоплении зимой. Таким образом, зимнее отопление — это проблема, которую должны решить чистые электромобили.
Когда электромобиль работает нормально, силовая батарея разряжается и выделяет тепло, вызывая повышение температуры, что требует охлаждения батареи. Методы охлаждения аккумулятора в основном включают воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение, охлаждение материала с фазовым переходом и охлаждение тепловой трубкой. Поскольку воздушное охлаждение имеет простую конструкцию, низкую стоимость и простоту обслуживания, оно широко использовалось в первых электромобилях. Основная форма термоменеджмента на этом этапе заключается в том, что каждая независимая подсистема отвечает потребностям термоменеджмента.
ⅡВторой этап применения технологии тепловых насосов
При фактическом использовании электромобили потребляют больше энергии для отопления зимой. С термодинамической точки зрения, COP PTC-нагрева всегда меньше 1, что приводит к высокому энергопотреблению PTC-нагрева и низкому коэффициенту использования энергии, что серьезно ограничивает электромобили. пробег. Технология теплового насоса использует цикл сжатия пара для утилизации низкопотенциального тепла из окружающей среды. Теоретический COP при нагреве больше 1. Следовательно, использование системы теплового насоса вместо PTC может увеличить запас хода электромобилей в условиях нагрева.
Однако в условиях низких температур теплопроизводительность традиционных систем тепловых насосов сильно снижается и не может удовлетворить потребности в отоплении электромобилей в условиях низких температур. Для вспомогательного отопления необходимы дополнительные нагреватели. Таким образом, метод обогрева с помощью тепловых насосов плюс вспомогательное тепло PTC стал важным методом обогрева электромобилей в условиях низких температур зимой. Основной способ обогрева кабины. По мере дальнейшего увеличения емкости и мощности силовых аккумуляторов постепенно увеличивается и тепловая нагрузка при работе силовых аккумуляторов. Традиционная конструкция воздушного охлаждения не может удовлетворить потребности в контроле температуры силовых батарей, поэтому жидкостное охлаждение стало основным методом контроля температуры батареи.
Более того, поскольку комфортная температура, необходимая человеческому телу, аналогична температуре, при которой аккумуляторная батарея работает нормально, потребности в охлаждении салона и аккумуляторной батареи могут быть удовлетворены соответственно путем подключения теплообменников параллельно в системе обогрева пассажирского салона. насосная система. Тепло аккумуляторной батареи косвенно отводится через теплообменник и вторичное охлаждение, а степень интеграции всей системы управления температурным режимом электромобилей была улучшена. Хотя степень интеграции улучшилась, система управления температурным режимом на данном этапе лишь на короткое время интегрирует охлаждение аккумулятора и охлаждение салона, а отходящее тепло аккумулятора и двигателя не используется эффективно.
ⅢРазработка интегрированной технологии теплового насоса с широкой температурной зоной и управления температурой автомобиля.
Традиционные кондиционеры с тепловым насосом имеют низкую эффективность обогрева и недостаточную теплопроизводительность в условиях сильного холода, что ограничивает сценарии применения электромобилей. Поэтому был разработан и применен ряд методов повышения производительности кондиционеров с тепловым насосом в условиях низких температур. За счет разумного добавления вторичного контура теплообмена при охлаждении силовой батареи и системы двигателя оставшееся тепло перерабатывается для увеличения мощности обогрева электромобилей в условиях низких температур. Результаты экспериментов показывают, что теплопроизводительность кондиционеров с тепловым насосом с рекуперацией отработанного тепла значительно увеличивается по сравнению с традиционными кондиционерами с тепловым насосом.
Однако, когда температура окружающей среды ниже и объем рекуперации отходящего тепла меньше, сама по себе рекуперация отходящего тепла все еще не может удовлетворить потребность в тепловой мощности в низкотемпературных средах. Нагреватели PTC по-прежнему необходимо использовать, чтобы компенсировать недостаток теплопроизводительности в вышеуказанных ситуациях. Однако с постепенным улучшением интеграции терморегулирования трамваев объем рекуперации отходящего тепла может быть увеличен за счет разумного увеличения тепла, выделяемого двигателем, тем самым увеличивая теплопроизводительность и КПД системы теплового насоса и избегая использования PTC-нагревателей. Это еще больше уменьшает занимаемое пространство системы терморегулирования, одновременно удовлетворяя потребности в отоплении электромобилей в условиях низких температур.
Помимо утилизации отработанного тепла от аккумуляторов и систем двигателей, утилизация возвратного воздуха также является способом снижения энергопотребления систем терморегулирования в условиях низких температур. Результаты исследований показывают, что в условиях низких температур разумные меры по использованию возвратного воздуха позволяют избежать запотевания и инея стекол автомобилей, одновременно снижая расход энергии на отопление, требуемый электромобилями, на 46–62 %, а также могут снизить потребление энергии на отопление примерно на 40 % при низких температурах. большинство. . Компания Nippon Denso также разработала соответствующую двухслойную структуру возвратного/свежего воздуха, которая позволяет предотвратить запотевание и снизить потери тепла, вызванные вентиляцией, на 30%. На данном этапе постепенно улучшается экологическая адаптивность терморегулирования электромобилей в экстремальных условиях и развивается в направлении интеграции и экологизации.
Чтобы еще больше повысить эффективность терморегулирования батареи в условиях высокой мощности и снизить сложность терморегулирования, в настоящее время также используется метод контроля температуры батареи с прямым охлаждением и прямым нагревом, который напрямую отправляет хладагент в аккумуляторный блок для теплообмена. техническое решение. Конфигурация управления температурным режимом прямого теплообмена между аккумуляторной батареей и хладагентом показана на рисунке 5. Технология прямого охлаждения может улучшить эффективность теплообмена и теплопередачу, добиться более равномерного распределения температуры внутри батареи, уменьшить количество вторичных контуров и увеличить потери в системе. рекуперация тепла, тем самым улучшая эффективность контроля температуры батареи. Однако, поскольку технология прямого теплообмена между аккумулятором и хладагентом требует, чтобы система теплового насоса увеличивала охлаждающее тепло, с одной стороны, контроль температуры батареи ограничивается запуском и остановкой системы кондиционирования воздуха с тепловым насосом, что оказывает определенное влияние на производительность контура хладагента. Это также ограничивает использование естественных источников холода в переходные сезоны, поэтому эта технология все еще нуждается в дальнейших исследованиях и оценке применения.
