Μια σύντομη ανάλυση της τεχνολογίας θερμικής διαχείρισης για
νέες ενεργειακές μπαταρίες οχημάτων
Εξαρτήματα θερμικής διαχείρισης οχημάτων
Το σύστημα ψύξης των οχημάτων νέας ενέργειας αποτελείται γενικά από τρία μέρη: σύστημα κυκλοφορίας ψύξης μπαταρίας, σύστημα κυκλοφορίας ψύξης ηλεκτρονικά ελεγχόμενου κινητήρα και σύστημα κυκλοφορίας θερμού αέρα κλιματισμού. Το μοντέλο PHEV διαθέτει επίσης σύστημα κυκλοφορίας ψύξης κινητήρα. Το σύστημα κυκλοφορίας της μπαταρίας θερμαίνει ή ψύχει κυρίως την μπαταρία, το σύστημα κυκλοφορίας του κινητήρα ψύχει κυρίως τον κινητήρα μετάδοσης κίνησης και το CIDD (ελεγκτής κινητήρα μετάδοσης κίνησης) και το σύστημα θερμαντήρα κλιματισμού θερμαίνει ή ψύχει κυρίως τον χώρο επιβατών. Τα κύρια λειτουργικά εξαρτήματα που εμπλέκονται περιλαμβάνουν ηλεκτρονικές αντλίες νερού, ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες τριών κατευθύνσεων, ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες διπλής κατεύθυνσης, PTC, εναλλάκτες θερμότητας, διαχωριστές υγραερίου, θερμαντικά σώματα, βραστήρες διαστολής, αγωγούς ψύξης και διάφορους σταθερούς βραχίονες. Η ηλεκτρονική αντλία νερού χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας, το ψυκτικό είναι το μέσο και η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα ελέγχει την κατεύθυνση ροής, έτσι ώστε το ψυκτικό μέσο να ρέει μέσω του ψυγείου και του ψυχρού σώματος κατά μήκος του αγωγού, οπότε διαχέεται και ψύχεται μέσω ανταλλαγής θερμότητας , έτσι ώστε η θερμοκρασία εργασίας των λειτουργικών μερών να διατηρείται πάντα σε ένα ιδανικό εύρος λειτουργίας για μεγιστοποίηση της απόδοσης. Ανεξάρτητα από το αν πρόκειται για αμιγώς ηλεκτρικό ή υβριδικό όχημα, ο βρόχος θερμικής διαχείρισης της μπαταρίας είναι ανεξάρτητος από άλλα συστήματα. Ο κύριος λόγος είναι ότι το εύρος της κανονικής θερμοκρασίας λειτουργίας της μπαταρίας είναι αρκετά διαφορετικό από άλλα συστήματα. Η θερμοκρασία λειτουργίας του πακέτου μπαταριών γενικά δεν επιτρέπεται να υπερβαίνει τους 35 βαθμούς, ενώ ο κινητήρας μετάδοσης κίνησης συχνά λειτουργεί σε περίπου 55 μοίρες και το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας του κινητήρα είναι περίπου 95 μοίρες, επομένως κάθε κύκλωμα πρέπει να λειτουργεί ανεξάρτητα.
Διαφορές από την παραδοσιακή θερμική διαχείριση αυτοκινήτων
Η θερμική διαχείριση των παραδοσιακών αυτοκινήτων είναι ενιαία, χωρίς πολύπλοκα συστήματα ελέγχου και εξαρτημάτων. Στόχος του είναι μόνο να διασφαλίσει ότι η θερμοκρασία του κινητήρα λειτουργεί πάντα σε ένα ιδανικό εύρος και για τον επιβάτη.
Για την παροχή της απαιτούμενης θερμότητας στην καμπίνα του πληρώματος, χρησιμοποιείται η απορριπτόμενη θερμότητα που παράγεται από τον κινητήρα, χωρίς να καταναλώνεται επιπλέον ισχύς. Υπάρχουν μεγάλες διαφορές στη δομή του συστήματος μεταξύ οχημάτων νέας ενέργειας και παραδοσιακών οχημάτων. Οι απαιτήσεις για τη διάταξη και την εγκατάσταση εξαρτημάτων του συστήματος σε ολόκληρο το όχημα έχουν επίσης αυξηθεί και οι απαιτήσεις χώρου για την καμπίνα είναι μεγαλύτερες. Διαφορετικοί τύποι οχημάτων νέας ενέργειας έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά. Διαφορετικά χαρακτηριστικά. για αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα, δεν υπάρχει κινητήρας ως πηγή ισχύος για την κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού και δεν υπάρχει σπατάλη θερμότητας από τον κινητήρα που θα χρησιμοποιηθεί. Για τα υβριδικά οχήματα, λόγω των ειδικών στρατηγικών ελέγχου τους, ο κινητήρας δεν μπορεί να παρέχει ισχύ για την κυκλοφορία του ψυκτικού όταν δεν λειτουργεί, ούτε να παρέχει την απαιτούμενη πηγή θερμότητας για το χώρο επιβατών σε πραγματικό χρόνο. Ως εκ τούτου, δομικά, τα συστήματα θερμικής διαχείρισης των νέων ενεργειακών οχημάτων έχουν σχεδιαστεί με μια ανεξάρτητη ηλεκτρονική αντλία νερού για την παροχή ισχύος για την κυκλοφορία του ψυκτικού. Ο ζεστός αέρας συνήθως χρησιμοποιεί ηλεκτρική θέρμανση. Ένα ανεξάρτητο PTC ηλεκτρικής θέρμανσης έχει σχεδιαστεί για τη θέρμανση του ψυκτικού υγρού. Ανακυκλοφορία στη δεξαμενή ζεστού νερού στο αυτοκίνητο για παροχή θερμότητας στον χώρο επιβατών, η οποία είναι επί του παρόντος η κύρια μέθοδος. Υπάρχει επίσης μια μέθοδος για την απευθείας θέρμανση του αέρα που διέρχεται από το κουτί εξάτμισης και τη διοχέτευση της θερμότητας στο αυτοκίνητο μέσω ενός ανεμιστήρα. Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει την ασφάλεια του αυτοκινήτου, που σήμερα χρησιμοποιείται σπάνια.
Τύποι συστημάτων διαχείρισης θερμικής μπαταρίας
Διαφορετικές μέθοδοι θερμικής διαχείρισης μπαταριών περιλαμβάνουν διαφορετικούς αριθμούς εξαρτημάτων, δομές και διατάξεις. Διαφορετικοί τύποι συστημάτων θερμικής διαχείρισης επιλέγονται με βάση το κόστος ανάπτυξης του οχήματος, το βάρος του οχήματος και τις απαιτήσεις χώρου διάταξης. Οι κύριες τεχνικές διαδρομές του περιλαμβάνουν τους παρακάτω πέντε τύπους
Τύπος άμεσης ψύξης
Αναφερόμενο ως τεχνολογία άμεσης ψύξης μπαταρίας, το σύστημα άμεσης ψύξης διαθέτει έναν ενσωματωμένο εξατμιστή ψύξης μέσα στην μπαταρία, ο οποίος συνδέεται με το σύστημα κλιματισμού μέσω σωληνώσεων. Όταν η μπαταρία πρέπει να κρυώσει, χρησιμοποιείται ένας συμπιεστής για να στείλει το συμπιεσμένο ψυκτικό στον εξατμιστή μέσα στην μπαταρία και, στη συνέχεια, αφαιρεί την μπαταρία. Η εσωτερική θερμότητα επιτυγχάνει αποτέλεσμα ψύξης. Το σύστημα έχει τα πλεονεκτήματα της συμπαγούς δομής, του καλού αποτελέσματος ψύξης, του μικρού αριθμού εξαρτημάτων (απαιτείται μόνο ένας αγωγός ψύξης εισόδου και εξόδου) και μικρού βάρους. Ωστόσο, τα μειονεκτήματα αυτού του συστήματος είναι ότι δεν μπορεί να θερμάνει την μπαταρία σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας κάτω από το μηδέν, το συμπυκνωμένο νερό που παράγεται κατά τη διαδικασία ψύξης δεν προστατεύεται και η ομοιομορφία θερμοκρασίας του ψυκτικού μέσου είναι δύσκολο να ελεγχθεί. Το σύστημα ψύξης έχει μικρή διάρκεια ζωής και χαμηλή αξιοπιστία και συχνά εμφανίζεται διαρροή ψυκτικού. Διαρροή, ανεπαρκής ικανότητα ψύξης και άλλες βλάβες. Αυτή είναι η πιο πρόσφατη τεχνολογία ψύξης μπαταρίας με σχετικά χαμηλή ωριμότητα. Έχει εφαρμοστεί σε μοντέλα μαζικής παραγωγής στην αγορά όπως BYD και Tesla. Είναι μια σημαντική τεχνική διαδρομή στο μέλλον.
Τύπος ψύξης νερού καλοριφέρ
Το κύκλωμα ψύξης του ψυγείου είναι ένα ανεξάρτητο κύκλωμα, που αποτελείται από ένα ψυγείο, μια ηλεκτρονική αντλία νερού, έναν θερμαντήρα κ.λπ., με αντιψυκτικό ως μέσο. Το αντιψυκτικό βγαίνει από το καλοριφέρ, περνά από τη θερμάστρα, μετά στην μπαταρία και τέλος επιστρέφει στο καλοριφέρ. Αυτός ο κύκλος ψύχει και θερμαίνει την μπαταρία. Το σύστημα έχει τα πλεονεκτήματα της απλής δομής, του χαμηλού κόστους και της εξοικονόμησης ενέργειας σε περιβάλλον χαμηλών θερμοκρασιών όλο το χρόνο. Ωστόσο, η απόδοση απαγωγής θερμότητας αυτού του συστήματος είναι χαμηλή και η θερμοκρασία του νερού είναι υψηλή σε κλίματα υψηλής θερμοκρασίας το καλοκαίρι, επομένως δεν μπορεί να ικανοποιήσει τις συνθήκες λειτουργίας σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας.
Τύπος ψύξης με νερό άμεσης ψύξης
Αυτό το σύστημα ενσωματώνει την άμεση ψύξη και την υδρόψυξη και γεφυρώνει το σύστημα κλιματισμού και το σύστημα ψύξης νερού μέσω του ψυγείου μπαταρίας (ονομάζεται επίσης εναλλάκτης θερμότητας). Αυτό το σύστημα αποφεύγει τις αδυναμίες των δύο πρώτων μεθόδων ψύξης και είναι σήμερα ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα συστήματα διαχείρισης θερμικής μπαταρίας. Το σύστημα έχει περισσότερα στοιχεία από τα δύο πρώτα. Το σύστημα είναι πιο περίπλοκο και απαιτεί σχετικά μεγάλο χώρο για τη διάταξη των εξαρτημάτων. Ο συμπιεστής έχει μεγάλο φορτίο κατά τη λειτουργία, το οποίο καταναλώνει πολλή ενέργεια για ολόκληρο το όχημα και είναι ελάχιστα οικονομικό. Επιπλέον, όταν τμήμα του συστήματος κλιματισμού αστοχεί, οι ανάγκες ψύξης της μπαταρίας δεν μπορούν να καλυφθούν στο μέγιστο βαθμό.
Υδρόψυκτος υβριδικός τύπος
Αυτό το σύστημα βασίζεται στο σύστημα άμεσης ψύξης νερού ψύξης και προσθέτει ένα σύστημα ψύξης νερού καλοριφέρ. Τα δύο είναι διατεταγμένα σε παράλληλα κυκλώματα. Με τον έλεγχο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, χρησιμοποιούνται διαφορετικά κυκλώματα για την ψύξη της μπαταρίας υπό διαφορετικές συνθήκες. Σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας λειτουργεί μόνο το σύστημα ψύξης νερού του ψυγείου. Όταν βρίσκεστε σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας, μεταβείτε σε σύστημα άμεσης ψύξης με νερό ψύξης για να λειτουργήσει. Κάτω από δύσκολες συνθήκες εργασίας, τα δύο συστήματα μπορούν να λειτουργούν ταυτόχρονα και η μπαταρία μπορεί επίσης να αποκτήσει μέγιστη χωρητικότητα ψύξης, η οποία μπορεί βασικά να καλύψει όλα τα περιβάλλοντα χρήσης. Αυτό το σύστημα ψύξης είναι εξαιρετικά περίπλοκο, έχει υψηλό κόστος, απαιτεί μεγάλο χώρο διάταξης οχήματος, έχει πολύπλοκες στρατηγικές ελέγχου του συστήματος και αποτελεί πρόκληση για τη σταθερότητα και την αξιοπιστία. Αυτό το σύστημα χρησιμοποιείται επίσης στα περισσότερα υβριδικά μοντέλα PHEV της αγοράς και διαθέτει ώριμη τεχνολογία.
Τύπος ψύξης αέρα
Αυτό το σύστημα οδηγεί απευθείας τον κρύο αέρα από την ψύξη του θαλάμου επιβατών στην μπαταρία μέσω του αγωγού και χρησιμοποιεί τον κρύο αέρα για την ψύξη της μπαταρίας. Τα πλεονεκτήματα αυτού του συστήματος είναι η απλή δομή, η ελεγχόμενη θερμοκρασία κρύου αέρα και το χαμηλό κόστος του συστήματος. Ωστόσο, έχει και τα μειονεκτήματα του συστήματος άμεσης ψύξης. Το σύστημα δεν έχει λειτουργία θέρμανσης και το συμπυκνωμένο νερό που παράγεται στην επιφάνεια της μπαταρίας δεν στεγνώνει εύκολα και υπάρχει κίνδυνος διάβρωσης και μόλυνσης στο εσωτερικό της μπαταρίας. Αυτός ο τύπος μεθόδου θερμικής διαχείρισης γενικά δεν συνιστάται
