1. Требования к системе терморегулирования электромобилей (HVCH)
Пассажирский салон — это пространство, в котором находится водитель во время движения автомобиля. Для обеспечения комфортных условий вождения необходимо регулировать температуру, влажность и температуру подаваемого воздуха в салоне автомобиля. Требования к тепловому режиму пассажирского салона в различных условиях показаны в таблице 1.
Контроль температуры силовых батарей является важной предпосылкой для обеспечения эффективной и безопасной работы электромобилей. Слишком высокая температура может привести к утечке жидкости и самовозгоранию, что повлияет на безопасность вождения; слишком низкая температура в определенной степени снизит емкость заряда и разряда батареи. Благодаря высокой плотности энергии и малому весу литиевые батареи стали наиболее широко используемыми силовыми батареями для электромобилей. Требования к контролю температуры литиевых батарей и тепловая нагрузка батареи в различных условиях, рассчитанные на основе литературных данных, показаны в таблице 2. С постепенным увеличением плотности энергии силовых батарей, расширением температурного диапазона рабочей среды и увеличением скорости зарядки, важность контроля температуры силовых батарей в системе терморегулирования стала более очевидной, не только для соответствия различным дорожным условиям и различным режимам зарядки и разрядки. Необходимо обеспечить регулирование температуры в зависимости от условий эксплуатации транспортного средства, равномерность температурного поля между аккумуляторными батареями, а также предотвращение и контроль теплового разгона, учитывая изменения нагрузки. Все требования к регулированию температуры должны соответствовать условиям окружающей среды, таким как сильный холод, высокая температура и высокая влажность, жаркое лето и холодная зима.
2. Первый этап нагрева с использованием PTC-термистора.
На начальном этапе индустриализации электромобилей основная технология в основном базируется на замене батарей, двигателей и других силовых систем с постепенным совершенствованием. Кондиционер чисто электрического автомобиля и кондиционер автомобиля с двигателем внутреннего сгорания выполняют функцию охлаждения за счет парокомпрессионного цикла. Разница между ними заключается в том, что компрессор кондиционера автомобиля с двигателем внутреннего сгорания приводится в движение косвенно двигателем через ремень, в то время как в чисто электрическом автомобиле для работы холодильного цикла напрямую используется электроприводной компрессор. При обогреве автомобилей с двигателем внутреннего сгорания зимой отработанное тепло двигателя напрямую используется для обогрева салона без дополнительного источника тепла. Однако отработанное тепло двигателя чисто электрических автомобилей не может удовлетворить потребности в зимнем отоплении. Поэтому зимнее отопление является проблемой, которую необходимо решить для чисто электрических автомобилей. Нагреватель с положительным температурным коэффициентом (PTC) состоит из керамического нагревательного элемента PTC и алюминиевой трубки.Подогреватель охлаждающей жидкости PTC/ПТК-воздухонагреватель), обладающий преимуществами малого теплового сопротивления и высокой эффективности теплопередачи, и используемый в кузовах автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Поэтому в первых электромобилях для регулирования температуры в салоне использовалось охлаждение с помощью парокомпрессионного холодильного цикла в сочетании с PTC-нагревом.
2.1 Применение технологии тепловых насосов на втором этапе
В реальных условиях эксплуатации электромобили испытывают высокую потребность в энергии для отопления зимой. С термодинамической точки зрения, коэффициент полезного действия (КПД) PTC-отопления всегда меньше 1, что приводит к высокому энергопотреблению PTC-отопления и низкому коэффициенту использования энергии, что серьезно ограничивает пробег электромобилей. Технология теплового насоса использует парокомпрессионный цикл для использования низкотемпературного тепла окружающей среды, и теоретический КПД при отоплении превышает 1. Поэтому использование системы теплового насоса вместо PTC-отопления может увеличить дальность хода электромобилей в условиях отопления. С дальнейшим увеличением емкости и мощности аккумуляторной батареи тепловая нагрузка во время ее работы также постепенно возрастает. Традиционная система воздушного охлаждения не может обеспечить необходимый температурный режим для аккумуляторной батареи. Поэтому жидкостное охлаждение стало основным методом регулирования температуры батареи. Более того, поскольку комфортная температура, необходимая человеческому телу, аналогична температуре, при которой аккумуляторная батарея работает в обычном режиме, потребности в охлаждении салона и аккумуляторной батареи могут быть удовлетворены путем параллельного соединения теплообменников в системе теплового насоса салона. Тепло от аккумуляторной батареи косвенно отводится теплообменником и системой вторичного охлаждения, что повышает степень интеграции системы терморегулирования электромобиля. Несмотря на улучшение степени интеграции, система терморегулирования на данном этапе лишь поверхностно объединяет охлаждение батареи и салона, а отработанное тепло батареи и двигателя не используется эффективно.
Дата публикации: 04.04.2023
