Развитие автомобильной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в условиях тенденции электрификации
На волне электрификации и интеллекта транспортных средств электромобили быстро развиваются. Продажи электромобилей быстро выросли за последние несколько лет, но «беспокойство о запасе хода» и «беспокойство о безопасности» по-прежнему беспокоят многих потребителей. Проблема дальности плавания особенно очевидна при низких температурах. При движении электромобиля при низких температурах запас хода автомобиля может снизиться более чем на 40% из-за использования отопителя-кондиционера и снижения производительности аккумулятора. С точки зрения безопасности также особенно важны аккумулятор и терморегуляция электроприборов в автомобиле. Для решения этих проблем требуется более производительная автомобильная система терморегулирования. Проще говоря, автомобильная система управления температурным режимом в основном включает в себя сопутствующие детали, такие как система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, управление температурой аккумулятора, электронное управление двигателем и управление температурой мощных электроприборов.
Среди них HVAC транспортного средства (Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, HVAC) относится к системе или связанному с ней оборудованию, отвечающему за отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха в транспортном средстве. В частности, система отопления, вентиляции и кондиционирования в основном делится на связанные компоненты, такие как холодильные устройства, нагревательные устройства и человеко-машинный интерфейс (HMI).
Далее мы рассмотрим холодильное устройство, нагревательное устройство и HMI в системах отопления, вентиляции и кондиционирования соответственно, а также сосредоточимся на технических решениях и тенденциях развития систем отопления, вентиляции и кондиционирования для электромобилей.
1. Холодильное устройство
Холодильное устройство автомобильной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха похоже на наш обычный кондиционер, который использует цикл сжатия, конденсации, расширения и испарения хладагента для достижения контроля температуры. Передача тепла происходит преимущественно за счет изменения состояния хладагента. Основными компонентами холодильной установки, отвечающими за вышеуказанные функции, являются компрессор, конденсатор, расширительный клапан, ресивер/осушитель и испаритель.
Как показано на рисунке, жидкий хладагент поглощает тепло из салона и испаряется в газообразное состояние в испарителе. Затем пар вытягивается из испарителя с помощью компрессора, который сжимает пар, увеличивая его давление. Пар высокого давления и высокой температуры, вырабатываемый компрессором, затем охлаждается наружным воздухом в конденсаторе и конденсируется в жидкость под высоким давлением. Перед поступлением в испаритель жидкость расширяется и сжимается в расширительном клапане. Вышеописанный процесс представляет собой непрерывный цикл. Процесс испарения поглощает тепло из окружающего воздуха для достижения охлаждающего эффекта, а холодный воздух нагнетается в салон через вентилятор.
2. Нагревательное устройство
Для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания легче нагреть автомобиль, чем охладить его. КПД преобразования двигателя внутреннего сгорания невысок (около 30%), и при работе он выделяет больше тепла. Это тепло поступает в сердечник отопителя через охлаждающую жидкость, а затем с помощью простого управления можно нагнетать контролируемый горячий воздух в кабину через вентилятор. , поддерживая постоянную температуру в салоне. Процесс очень экономичен и прост и может осуществляться до тех пор, пока работает двигатель внутреннего сгорания. Он не требует дополнительного топлива и не увеличивает расход топлива. Но для электромобилей обогрев — относительно сложная операция. В настоящее время наиболее распространенными решениями для отопления являются PTC и тепловые насосы.
PTC (резистор с положительным температурным коэффициентом) — типичный полупроводниковый резистор с положительной температурной чувствительностью. При включении он будет генерировать тепло, которое можно использовать для обогрева кондиционера. При первом включении PTC его сопротивление будет медленно уменьшаться по мере повышения температуры, то есть его теплотворная способность при комнатной температуре будет низкой; когда температура превышает температуру Кюри, значение его сопротивления будет уменьшаться с ростом температуры. Увеличение представляет собой ступенчатое увеличение, а фактическая производительность такова, что оно автоматически перестает работать. Поскольку он является элементом PTC для нагрева, его функция автоматического поддержания постоянной температуры может устранить необходимость в сложной схеме контроля температуры. В электромобилях PTC питается напрямую от высоковольтного аккумуляторного блока, а затем его состояние нагрева контролируется простым ШИМ-переключателем, что обеспечивает очень простую и надежную систему обогрева.
Хотя PTC имеет простую конструкцию, прочные материалы и хороший эффект нагрева, структура системы, основанная на прямом питании от высоковольтного аккумуляторного блока, приводит к тому, что процесс нагрева влияет на запас хода электромобилей. Исследования показывают, что использование PTC сократит срок службы аккумуляторов электромобилей примерно на 24%.
Другое решение – тепловой насос. Как тип резистивного элемента, предел COP PTC (коэффициент производительности, эффективность нагрева) составляет 100%, то есть электрическая энергия может быть преобразована не более чем в такое же количество тепловой энергии, в то время как тепловой насос может быть как достигает 300%. Принцип работы теплового насоса аналогичен принципу бытового кондиционера. Хладагент течет в обоих направлениях в испарителе и конденсаторе кондиционера через четырехходовой клапан, передавая тепловую энергию от источника тепла низкого уровня к источнику тепла высокого уровня, тем самым достигая эффекта нагрева или охлаждения. Такая «передача тепла» По сравнению с режимом PTC, процесс без «выделения тепла» может значительно экономить электроэнергию, тем самым эффективно расширяя запас хода электромобилей и становясь важной тенденцией применения систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для электромобилей.
3. ЧМИ
Если двигатель заставляет машину двигаться, дает ей жизнь и является багажником машины, то HMI дает машине мудрость и мысли и является душой машины. Поэтому системные решения HMI всегда ценились производителями автомобильного оборудования. OEM-производители должны предоставить водителям и пассажирам безопасную, гибкую и удобную навигацию и развлечения. В то же время это также является важным фактором формирования дифференциации продукции. В последние годы, с электрификацией автомобилей и стремлением крупных производителей автомобилей с новой мощностью, HMI постепенно развивался в сторону централизации, экранизации и интеллекта, аналогично разработке смартфонов. Во многих случаях HVAC больше не имеет полностью независимого интерфейса HMI, но используется совместно с другими функциями.
