Введение в систему терморегулирования
Система терморегулирования электромобилей развилась из системы терморегулирования традиционных транспортных средств, работающих на топливе, и конфигурация системы также постепенно развивалась от относительной независимости каждой схемы терморегулирования к направлению интеграции. Поскольку отходящее тепло двигателя не используется, требуется дополнительное оборудование для обеспечения источника тепла для обогрева салона. В настоящее время широко используемые методы обогрева электромобилей включают нагрев электрическим нагревателем с положительным температурным коэффициентом (PTC) и нагрев кондиционера тепловым насосом.
1. Кондиционер с одинарным охлаждением + PTC
Сопротивление термистора в электронагревателе PTC будет увеличиваться с увеличением температуры, что приводит к уменьшению мощности нагрева, поэтому термистор PTC имеет постоянную температурную характеристику. Из-за простоты конструкции и низкой цены системы отопления PTC в большинстве ранних электромобилей использовалось охлаждение кондиционера с одним охлаждением и нагрев электронагревателя PTC для удовлетворения потребностей в охлаждении и обогреве пассажирского салона. На рисунке 1 представлена схема системы кондиционера с одинарным охлаждением + PTC. При летнем охлаждении испаритель, расположенный в воздуховоде, используется для поглощения тепла с целью охлаждения. Есть два решения по отоплению. Один из них — расположить воздушный ПТК непосредственно в воздуховоде коробки кондиционера, как показано на рисунке 1 (а). Когда есть потребность в обогреве, на PTC подается питание для нагрева воздуха в воздуховоде и подачи его в пассажирский салон; другой - нагреть хладагент с помощью водяного PTC, как показано на рисунке 1 (b), и хладагент течет в сердечник теплого воздуха, расположенный в воздуховоде, чтобы косвенно нагревать воздух в воздуховоде для удовлетворения потребности в отоплении.
2. Кондиционер с тепловым насосом + PTC.
Поскольку PTC использует электрический нагрев для нагрева, эффективность нагрева меньше 1, поэтому этот метод нагрева может уменьшить запас хода электромобилей на 50%. Теоретический КПД тепловых насосов превышает 1, и использование тепловых насосов вместо PTC-отопления стало тенденцией развития. Результаты исследования ZHANG et al. показывают, что системы тепловых насосов могут сэкономить 41,3% энергии по сравнению с системами обогревателей PTC. Поскольку в настоящее время в большинстве электромобилей в качестве рабочей жидкости используется R134a, при температуре окружающей среды ниже -10 градусов эффективность и надежность системы теплового насоса снижаются, поэтому для вспомогательного обогрева по-прежнему требуются электрические нагреватели PTC.
На рисунке 2 показана система кондиционирования воздуха + PTC с тепловым насосом, использующая электромагнитный четырехходовой реверсивный клапан и трехходовой теплообменник. Система кондиционирования воздуха с тепловым насосом переключается между режимами охлаждения, обогрева, осушения и размораживания системы посредством переключателя корпуса клапана. Четырехходовой реверсивный клапан широко используется в сфере бытового кондиционирования воздуха. Применение его в системе кондиционирования воздуха с тепловым насосом электромобиля вполне может решить проблему реверса хладагента во время охлаждения и нагрева системы, как показано на рисунке 2 (а). Системное решение имеет мало компонентов, простую структуру и низкую стоимость. Однако процесс медно-алюминиевой сварки четырехходового реверсивного клапана сложен и очень легко подвержен коррозии. На сторонах высокого и низкого давления происходит прорыв газа, что влияет на производительность системы. В системе кондиционирования воздуха с тепловым насосом легковых автомобилей обычно используется решение с тремя теплообменниками: один наружный теплообменник и два внутренних теплообменника, а режим переключается с помощью нескольких электромагнитных клапанов, как показано на рисунке 2 (b).
3. Кондиционер с тепловым насосом + рекуперация отходящего тепла + PTC.
Моя страна имеет огромную территорию и широкий температурный диапазон, поэтому необходимо расширить температурный диапазон кондиционеров с тепловым насосом. Отходящее тепло двигателей и аккумуляторов является ценным источником тепла зимой. Многие производители и исследовательские институты рассматривают возможность переработки этой части тепла в качестве вспомогательного источника тепла для расширения использования кондиционеров с тепловым насосом.
На рисунке 3 представлена схема системы терморегулирования электромобиля с использованием теплового насоса для кондиционирования воздуха + рекуперации отходящего тепла + PTC. Система может реализовывать такие функции, как охлаждение салона, обогрев, размораживание, устранение запотевания и осушение. В то же время он может нагревать или охлаждать аккумулятор и приводной двигатель, а также осуществлять рекуперацию отходящего тепла аккумулятора и приводного двигателя. Принцип работы системы следующий: функции охлаждения, обогрева, осушения, размораживания и предотвращения запотевания салона реализуются посредством комбинации переключателей электромагнитного клапана контура хладагента; В контур хладагента добавляется аккумуляторный охладитель (чиллер), подключенный параллельно испарителю. Когда аккумулятору или приводному двигателю требуется охлаждение, хладагент проходит через охладитель для охлаждения хладагента во вторичном контуре; Когда аккумулятор или приводной двигатель не имеют большой потребности в отводе тепла, направление потока охлаждающей жидкости можно контролировать путем переключения состояния трехходового клапана, а тепло можно отводить наружу автомобиля через клапан низкого давления. -температурный радиатор для охлаждения аккумулятора или приводного двигателя; когда батарея требует отопления, на PTC подается питание для обогрева, и функция обогрева достигается путем регулировки трехходового клапана на стороне охлаждающей жидкости; Когда температура окружающей среды низкая, кондиционер с тепловым насосом нельзя использовать, а аккумулятору или приводному двигателю требуется отвод тепла, охлаждающая жидкость поглощает тепло, которое необходимо отвести на стороне аккумулятора или приводного двигателя, протекает через охладитель через трехходовой клапан и передает тепло на сторону хладагента для обогрева салона, расширяя диапазон рабочих температур системы и повышая ее энергоэффективность.
