Η ιστορία της ανάπτυξης του ηλεκτρικού οχήματοςΘερμικός
Τεχνολογία Διαχείρισης
Η θερμική διαχείριση οχημάτων είναι μία από τις βασικές τεχνολογίες για την ανάπτυξη ηλεκτρικών οχημάτων, η οποία περιλαμβάνει διαχείριση πολλαπλών στόχων, όπως έλεγχος θερμοκρασίας και υγρασίας στην καμπίνα επιβατών, έλεγχος θερμοκρασίας συστήματος ισχύος, αντιθαμβωτική και αποθάμπωση γυαλιού κ.λπ. Σύμφωνα με τη θερμική διαχείριση αρχιτεκτονική συστήματος και βαθμός ολοκλήρωσης, η ανάπτυξη της θερμικής διαχείρισης ηλεκτρικών οχημάτων συνοψίζεται σε τρία στάδια, όπως φαίνεται στο σχήμα 1. Από την απλή ψύξη σε συνδυασμό με ηλεκτρική θέρμανση έως τις αντλίες θερμότητας σε συνδυασμό με ηλεκτρική βοηθητική θέρμανση έως τη σταδιακή σύζευξη ζώνης ευρείας θερμοκρασίας αντλίες θερμότητας με θερμική διαχείριση οχημάτων, η τεχνολογία θερμικής διαχείρισης οχημάτων των ηλεκτρικών οχημάτων αναπτύσσεται σταδιακά σε μια εξαιρετικά ολοκληρωμένη και έξυπνη κατεύθυνση και σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Η ικανότητα περιβαλλοντικής προσαρμοστικότητας σε περιφερειακές και ακραίες συνθήκες βελτιώνεται σταδιακά.
ⅠΘέρμανση PTC πρώτου σταδίου
Στο αρχικό στάδιο της εκβιομηχάνισης των ηλεκτρικών οχημάτων, αναπτύχθηκαν βασικά με την αντικατάσταση συστημάτων ισχύος όπως οι μπαταρίες και οι κινητήρες ως βασικές τεχνολογίες. Βοηθητικά συστήματα όπως ο κλιματισμός καμπίνας, το ξεθάμπωμα παραθύρων και ο έλεγχος θερμοκρασίας των εξαρτημάτων ισχύος βασίστηκαν στην παραδοσιακή τεχνολογία θερμικής διαχείρισης οχημάτων καυσίμου. Με βάση τη σταδιακή βελτίωση. Τόσο τα αμιγώς ηλεκτρικά κλιματιστικά οχημάτων όσο και τα κλιματιστικά οχημάτων καυσίμου επιτυγχάνουν λειτουργίες ψύξης μέσω ενός κύκλου συμπίεσης ατμών. Η διαφορά μεταξύ των δύο είναι ότι ο συμπιεστής κλιματισμού των οχημάτων καυσίμου κινείται έμμεσα από τον κινητήρα μέσω ενός ιμάντα, ενώ τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα χρησιμοποιούν απευθείας έναν συμπιεστή ηλεκτρικής μετάδοσης κίνησης για την κίνηση της ψύξης. κύκλος. Κατά τη θέρμανση ενός οχήματος με καύσιμο το χειμώνα, η απορριπτόμενη θερμότητα του κινητήρα χρησιμοποιείται απευθείας για τη θέρμανση του θαλάμου επιβατών χωρίς την ανάγκη πρόσθετων πηγών θερμότητας. Ωστόσο, η απορριπτόμενη θερμότητα κινητήρα των αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων δεν μπορεί να καλύψει τις ανάγκες θέρμανσης το χειμώνα. Επομένως, η χειμερινή θέρμανση είναι ένα πρόβλημα που πρέπει να λύσουν τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα.
Όταν ένα ηλεκτρικό όχημα λειτουργεί κανονικά, η μπαταρία ρεύματος αποφορτίζεται και παράγει θερμότητα, προκαλώντας αύξηση της θερμοκρασίας, απαιτώντας την ψύξη της μπαταρίας. Οι μέθοδοι ψύξης της μπαταρίας περιλαμβάνουν κυρίως ψύξη με αέρα, υγρή ψύξη, ψύξη υλικού αλλαγής φάσης και ψύξη σωλήνων θερμότητας. Επειδή η ψύξη αέρα έχει απλή δομή, χαμηλό κόστος και εύκολη συντήρηση, χρησιμοποιήθηκε ευρέως στα πρώτα ηλεκτρικά οχήματα. Η κύρια μορφή θερμικής διαχείρισης σε αυτό το στάδιο είναι ότι κάθε ανεξάρτητο υποσύστημα ανταποκρίνεται στις ανάγκες της θερμικής διαχείρισης.
ⅡΤο δεύτερο Στάδιο Εφαρμογής Τεχνολογίας Αντλίας Θερμότητας
Στην πραγματική χρήση, τα ηλεκτρικά οχήματα έχουν μεγαλύτερη ζήτηση ενέργειας για θέρμανση το χειμώνα. Από θερμοδυναμική άποψη, το COP της θέρμανσης PTC είναι πάντα μικρότερο από 1, γεγονός που καθιστά την κατανάλωση ισχύος θέρμανσης PTC υψηλή και τον ρυθμό χρήσης ενέργειας χαμηλό, γεγονός που περιορίζει σοβαρά τα ηλεκτρικά οχήματα. απόσταση σε μίλια. Η τεχνολογία αντλίας θερμότητας χρησιμοποιεί έναν κύκλο συμπίεσης ατμού για τη χρήση χαμηλής ποιότητας θερμότητας στο περιβάλλον. Το θεωρητικό COP κατά τη θέρμανση είναι μεγαλύτερο από 1. Επομένως, η χρήση συστήματος αντλίας θερμότητας αντί για PTC μπορεί να αυξήσει την εμβέλεια πλεύσης των ηλεκτρικών οχημάτων υπό συνθήκες θέρμανσης.
Ωστόσο, σε περιβάλλοντα χαμηλών θερμοκρασιών, η ικανότητα θέρμανσης των παραδοσιακών συστημάτων αντλιών θερμότητας μειώνεται σημαντικά και δεν μπορεί να καλύψει τις ανάγκες θέρμανσης των ηλεκτρικών οχημάτων σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας. Για τη βοηθητική θέρμανση απαιτούνται επιπλέον θερμαντήρες. Ως εκ τούτου, η μέθοδος θέρμανσης των αντλιών θερμότητας συν τη βοηθητική θερμότητα PTC έχει γίνει μια σημαντική μέθοδος θέρμανσης για ηλεκτρικά οχήματα σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας το χειμώνα. Η κύρια μέθοδος θέρμανσης καμπίνας. Καθώς η χωρητικότητα και η ισχύς των μπαταριών ισχύος αυξάνονται περαιτέρω, αυξάνεται σταδιακά και το θερμικό φορτίο κατά τη λειτουργία των μπαταριών ισχύος. Η παραδοσιακή δομή ψύξης αέρα δεν μπορεί να καλύψει τις ανάγκες ελέγχου θερμοκρασίας των μπαταριών ισχύος, επομένως η υγρή ψύξη έχει γίνει η κύρια μέθοδος ελέγχου της θερμοκρασίας της μπαταρίας.
Επιπλέον, δεδομένου ότι η άνετη θερμοκρασία που απαιτείται από το ανθρώπινο σώμα είναι παρόμοια με τη θερμοκρασία στην οποία λειτουργεί κανονικά η μπαταρία ισχύος, οι ανάγκες ψύξης του θαλάμου επιβατών και της μπαταρίας ισχύος μπορούν να καλυφθούν αντίστοιχα με τη σύνδεση εναλλάκτη θερμότητας παράλληλα στη θερμότητα της καμπίνας επιβατών σύστημα αντλίας. Η θερμότητα της μπαταρίας ισχύος απομακρύνεται έμμεσα μέσω του εναλλάκτη θερμότητας και της δευτερεύουσας ψύξης και ο βαθμός ενσωμάτωσης ολόκληρου του συστήματος θερμικής διαχείρισης ηλεκτρικών οχημάτων έχει βελτιωθεί. Αν και ο βαθμός ενσωμάτωσης έχει βελτιωθεί, το σύστημα θερμικής διαχείρισης σε αυτό το στάδιο ενσωματώνει μόνο για λίγο την ψύξη της μπαταρίας και την ψύξη του θαλάμου επιβατών και η απορριπτόμενη θερμότητα της μπαταρίας και του κινητήρα δεν έχει χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά.
ⅢΑνάπτυξη ολοκληρωμένης τεχνολογίας για αντλία θερμότητας ευρείας ζώνης θερμοκρασίας και θερμική διαχείριση οχημάτων
Τα παραδοσιακά κλιματιστικά αντλίας θερμότητας έχουν χαμηλή απόδοση θέρμανσης και ανεπαρκή θερμαντική ικανότητα σε περιβάλλοντα με υψηλό κρύο, γεγονός που περιορίζει τα σενάρια εφαρμογής των ηλεκτρικών οχημάτων. Ως εκ τούτου, έχει αναπτυχθεί και εφαρμοστεί μια σειρά μεθόδων για τη βελτίωση της απόδοσης των κλιματιστικών αντλιών θερμότητας σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας. Προσθέτοντας εύλογα ένα δευτερεύον κύκλωμα ανταλλαγής θερμότητας, ενώ ψύχεται η μπαταρία και το σύστημα κινητήρα, η υπόλοιπη θερμότητα ανακυκλώνεται για να αυξηθεί η ικανότητα θέρμανσης των ηλεκτρικών οχημάτων σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας. Πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η ικανότητα θέρμανσης των κλιματιστικών αντλιών θερμότητας ανάκτησης απορριμμάτων θερμότητας είναι σημαντικά αυξημένη σε σύγκριση με τα παραδοσιακά κλιματιστικά με αντλία θερμότητας.
Ωστόσο, όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι χαμηλότερη και η ποσότητα ανάκτησης απορριπτόμενης θερμότητας είναι μικρότερη, η ανάκτηση απορριπτόμενης θερμότητας από μόνη της εξακολουθεί να μην μπορεί να καλύψει τη ζήτηση θερμικής ικανότητας σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας. Οι θερμαντήρες PTC πρέπει ακόμα να χρησιμοποιούνται για να καλυφθεί η έλλειψη θερμαντικής ικανότητας στις παραπάνω περιπτώσεις. Ωστόσο, με τη σταδιακή βελτίωση της ενσωμάτωσης της θερμικής διαχείρισης των τραμ, η ποσότητα της ανάκτησης απορριπτόμενης θερμότητας μπορεί να αυξηθεί αυξάνοντας εύλογα τη θερμότητα που παράγεται από τον κινητήρα, αυξάνοντας έτσι την ικανότητα θέρμανσης και το COP του συστήματος αντλίας θερμότητας και αποφεύγοντας τη χρήση των θερμαντήρων PTC. Μειώνει περαιτέρω την κατάληψη χώρου του συστήματος θερμικής διαχείρισης ενώ καλύπτει τις ανάγκες θέρμανσης των ηλεκτρικών οχημάτων σε περιβάλλοντα χαμηλών θερμοκρασιών.
Εκτός από την ανακύκλωση της απορριπτόμενης θερμότητας από μπαταρίες και συστήματα κινητήρων, η χρήση του αέρα επιστροφής είναι επίσης ένας τρόπος για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας των συστημάτων θερμικής διαχείρισης σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας. Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι σε περιβάλλοντα χαμηλών θερμοκρασιών, τα εύλογα μέτρα χρήσης του αέρα επιστροφής μπορούν να αποφύγουν το θάμπωμα και το πάγωμα στα παράθυρα του αυτοκινήτου, ενώ μειώνουν την ενέργεια θέρμανσης που απαιτείται από τα ηλεκτρικά οχήματα κατά 46% έως 62%, και μπορούν να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας θέρμανσης κατά περίπου 40% πλέον. . Η Nippon Denso έχει επίσης αναπτύξει μια αντίστοιχη δομή διπλού στρώματος επιστροφής αέρα/φρέσκου αέρα, η οποία μπορεί να αποτρέψει την ομίχλη και να μειώσει την απώλεια θερμότητας που προκαλείται από τον αερισμό κατά 30%. Σε αυτό το στάδιο, η περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα της θερμικής διαχείρισης ηλεκτρικών οχημάτων υπό ακραίες συνθήκες βελτιώνεται σταδιακά και αναπτύσσεται προς την κατεύθυνση της ολοκλήρωσης και του πρασίνου.
Προκειμένου να βελτιωθεί περαιτέρω η απόδοση της θερμικής διαχείρισης της μπαταρίας σε συνθήκες υψηλής ισχύος και να μειωθεί η πολυπλοκότητα της θερμικής διαχείρισης, η μέθοδος ελέγχου θερμοκρασίας της μπαταρίας άμεσης ψύξης και θέρμανσης που στέλνει απευθείας το ψυκτικό μέσο στη μπαταρία για ανταλλαγή θερμότητας είναι επίσης ρεύμα. τεχνική λύση. Η διαμόρφωση θερμικής διαχείρισης της άμεσης ανταλλαγής θερμότητας μεταξύ της μπαταρίας και του ψυκτικού φαίνεται στο Σχήμα 5. Η τεχνολογία άμεσης ψύξης μπορεί να βελτιώσει την απόδοση ανταλλαγής θερμότητας και τη μεταφορά θερμότητας, να επιτύχει πιο ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας μέσα στην μπαταρία, να μειώσει τους δευτερεύοντες βρόχους και να αυξήσει τη σπατάλη του συστήματος ανάκτηση θερμότητας, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση ελέγχου της θερμοκρασίας της μπαταρίας. Ωστόσο, δεδομένου ότι η τεχνολογία άμεσης ανταλλαγής θερμότητας μεταξύ της μπαταρίας και του ψυκτικού μέσου απαιτεί από το σύστημα αντλίας θερμότητας να αυξάνει τη θερμότητα ψύξης, αφενός, ο έλεγχος θερμοκρασίας της μπαταρίας περιορίζεται από την έναρξη και τη διακοπή του συστήματος κλιματισμού της αντλίας θερμότητας, το οποίο έχει κάποιο αντίκτυπο στην απόδοση του βρόχου ψυκτικού. Περιορίζει επίσης τη χρήση φυσικών πηγών ψύξης σε μεταβατικές εποχές, επομένως αυτή η τεχνολογία χρειάζεται ακόμη περαιτέρω βελτίωση της έρευνας και αξιολόγηση εφαρμογής.
