Традиционные тепловые насосы-кондиционеры имеют низкую эффективность обогрева и недостаточную мощность в условиях низких температур, что ограничивает их применение в электромобилях. Поэтому был разработан и внедрен ряд методов повышения производительности тепловых насосов-кондиционеров в условиях низких температур. За счет рационального увеличения вторичного контура теплообмена, одновременно охлаждая аккумуляторную батарею и двигатель, остаточное тепло рециркулируется для повышения теплоемкости электромобилей в условиях низких температур. Экспериментальные результаты показывают, что теплоемкость теплового насоса-кондиционера с рекуперацией отработанного тепла значительно улучшена по сравнению с традиционным тепловым насосом-кондиционером. Тепловой насос с рекуперацией отработанного тепла, обладающий более глубокой степенью взаимосвязи каждой подсистемы терморегулирования и системой терморегулирования автомобиля с более высокой степенью интеграции, был применен в Tesla Model Y и Volkswagen ID4. Также были использованы модели CROZZ и другие (как показано справа). Однако, когда температура окружающей среды ниже, а объем рекуперации отработанного тепла меньше, одной лишь рекуперации отработанного тепла недостаточно для удовлетворения потребности в тепловой мощности в условиях низких температур, и в таких случаях по-прежнему необходимы PTC-нагреватели для компенсации недостатка тепловой мощности. Однако, с постепенным повышением уровня интеграции систем терморегулирования в электромобилях, становится возможным увеличить объем рекуперации отработанного тепла за счет разумного увеличения количества тепла, выделяемого двигателем, тем самым повышая тепловую мощность и КПД системы теплового насоса и избегая использованияPTC-нагреватель охлаждающей жидкости/ПТК-воздухонагревательПомимо дальнейшего снижения коэффициента использования пространства системой терморегулирования, она удовлетворяет потребности электромобилей в отоплении в условиях низких температур. Использование отработанного тепла от батарей и моторных систем также позволяет снизить энергопотребление системы терморегулирования в условиях низких температур. Результаты исследований показывают, что в условиях низких температур разумные меры по использованию отработанного воздуха могут снизить требуемую мощность отопления электромобилей на 46–62%, предотвращая запотевание и обледенение окон, и снизить энергопотребление на отопление до 40%. Компания Denso Japan также разработала соответствующую двухслойную структуру для отвода и притока свежего воздуха, которая позволяет снизить теплопотери, вызванные вентиляцией, на 30%, предотвращая при этом запотевание. На данном этапе постепенно улучшается экологическая адаптивность систем терморегулирования электромобилей в экстремальных условиях, и наблюдается тенденция к интеграции и экологизации.
Для дальнейшего повышения эффективности терморегулирования батареи в условиях высокой мощности и снижения сложности системы терморегулирования, одним из современных технических решений является метод прямого охлаждения и нагрева батареи, при котором хладагент напрямую подается в батарейный блок для теплообмена. Конфигурация системы терморегулирования с прямым теплообменом между батарейным блоком и хладагентом показана на рисунке справа. Технология прямого охлаждения позволяет повысить эффективность и скорость теплообмена, обеспечить более равномерное распределение температуры внутри батареи, сократить количество вторичных контуров и увеличить рекуперацию отработанного тепла системы, тем самым улучшая характеристики терморегулирования батареи. Однако из-за технологии прямого теплообмена между батареей и хладагентом необходимо увеличивать охлаждение и нагрев за счет работы системы теплового насоса. С одной стороны, терморегулирование батареи ограничено включением и выключением системы кондиционирования воздуха с тепловым насосом, что оказывает определенное влияние на производительность контура хладагента. С одной стороны, это также ограничивает использование природных источников охлаждения в переходные сезоны, поэтому эта технология все еще нуждается в дальнейших исследованиях, усовершенствовании и оценке ее применения.
Прогресс исследований ключевых компонентов
Система терморегулирования электромобиля (HVCHТепловой насос (ТНН) состоит из множества компонентов, в основном включающих электрические компрессоры, электронные клапаны, теплообменники, различные трубопроводы и резервуары для жидкости. Среди них компрессор, электронный клапан и теплообменник являются основными компонентами системы теплового насоса. Поскольку спрос на легкие электромобили продолжает расти, а степень системной интеграции углубляется, компоненты системы терморегулирования электромобилей также развиваются в направлении облегчения, интеграции и модульности. Для повышения применимости электромобилей в экстремальных условиях разрабатываются и применяются компоненты, способные нормально функционировать в экстремальных условиях и отвечающие требованиям к характеристикам терморегулирования автомобилей.
Дата публикации: 04.04.2023
