Επισκόπηση Τεχνολογίας Θερμικής Διαχείρισης 2
1.2 Θερμική διαχείριση κινητήρων και ηλεκτρονικών χειριστηρίων
Η θερμική διαχείριση των κινητήρων ηλεκτρικών οχημάτων και των ηλεκτρονικών συστημάτων ελέγχου είναι σημαντικό μέρος για τη διασφάλιση μακροπρόθεσμης σταθερής λειτουργίας των οχημάτων, την παράταση της διάρκειας ζωής των εξαρτημάτων και τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης. Οι κινητήρες και τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα ελέγχου παράγουν πολλή θερμότητα κατά τη λειτουργία. Οι υπερβολικές θερμοκρασίες όχι μόνο θα μειώσουν την απόδοση του συστήματος, αλλά μπορεί ακόμη και να προκαλέσουν κινδύνους για την ασφάλεια. Για τη θερμική διαχείριση κινητήρων αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων και ηλεκτρονικών χειριστηρίων, η απαγωγή θερμότητας επιτυγχάνεται επί του παρόντος κυρίως μέσω συστημάτων ψύξης αέρα, συστημάτων υγρής ψύξης και τεχνολογίας σωλήνων θερμότητας. Ορισμένα συστήματα ανακυκλώνουν επίσης την απορριπτόμενη θερμότητα των κινητήρων και των ηλεκτρονικών συστημάτων ελέγχου.
1) Σύστημα ψύξης αέρα. Ως παραδοσιακή μέθοδος απαγωγής θερμότητας κινητήρα, το σύστημα ψύξης αέρα χρησιμοποιεί τη ροή αέρα που δημιουργείται όταν το όχημα οδηγεί για να διαχέει τη θερμότητα και αφαιρεί την περίσσεια θερμότητας που παράγεται από τον κινητήρα μέσω φυσικής μεταφοράς ή εξαναγκασμένης μεταφοράς. Το σύστημα ψύξης αέρα έχει σχετικά απλή δομή και χαμηλό κόστος. Δεν απαιτεί πρόσθετα μέσα ψύξης και είναι κατάλληλο για καταστάσεις όπου η πυκνότητα ισχύος δεν είναι υψηλή. Ωστόσο, καθώς οι κινητήρες κίνησης των ηλεκτρικών οχημάτων εξελίσσονται προς την υψηλή πυκνότητα ισχύος, ειδικά υπό συνθήκες συνεχούς υψηλού φορτίου, η ικανότητα απαγωγής θερμότητας της ψύξης του αέρα έχει γίνει σταδιακά ανεπαρκής.
2) Τεχνολογία υγρής ψύξης. Η τεχνολογία υγρής ψύξης παίζει σημαντικό ρόλο στη θερμική διαχείριση των κινητήρων ηλεκτρικών οχημάτων. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί ψυκτικό υγρό (όπως νερό, διάλυμα αιθυλενογλυκόλης κ.λπ.) ως μέσο μεταφοράς θερμότητας και συνδέεται στενά με την περιέλιξη του κινητήρα ή την επιφάνεια του περιβλήματος μέσω ενός αγωγού κυκλοφορίας, απορροφώντας και απομακρύνοντας αποτελεσματικά τη θερμότητα. Το σύστημα υγρής ψύξης μπορεί γρήγορα και ομοιόμορφα να ψύχει όλα τα μέρη του κινητήρα και είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για ηλεκτρικά οχήματα υψηλής απόδοσης. Ταυτόχρονα, για την αποφυγή κινδύνων ασφαλείας που προκαλούνται από διαρροή ψυκτικού, πρέπει να χρησιμοποιηθούν υλικά και τεχνολογίες με καλή απόδοση στεγανοποίησης και να προστεθούν συσκευές παρακολούθησης και συναγερμού.
3) Τεχνολογία σωλήνων θερμότητας. Η τεχνολογία σωλήνων θερμότητας μπορεί να βοηθήσει στην ομοιόμορφη μεταφορά της θερμότητας και στη βελτίωση της απόδοσης απαγωγής θερμότητας. Οι θερμικοί αισθητήρες και οι έξυπνοι αλγόριθμοι ελέγχου μπορούν να επιτύχουν παρακολούθηση και ρύθμιση της θερμοκρασίας του συστήματος σε πραγματικό χρόνο. Επιπλέον, η χρήση υλικών υψηλής θερμικής αγωγιμότητας και ο βελτιστοποιημένος σχεδιασμός μπορούν επίσης να βελτιώσουν την απόδοση ανταλλαγής θερμότητας των εξαρτημάτων απαγωγής θερμότητας.
1.3 Σύστημα θερμικής διαχείρισης χώρου επιβατών
Η θερμική διαχείριση του θαλάμου επιβατών ηλεκτρικών οχημάτων είναι μία από τις βασικές τεχνολογίες για τη διασφάλιση της άνεσης των οδηγών και των επιβατών, τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης του οχήματος και την επέκταση της αυτονομίας οδήγησης. Καλύπτει κυρίως την καλοκαιρινή ψύξη, τη χειμερινή θέρμανση και τον έξυπνο έλεγχο της ρύθμισης της θερμοκρασίας. Για καλοκαιρινή ψύξη, χρησιμοποιείται κυρίως σύστημα ψύξης με κύκλο εξάτμισης. Η διαφορά έγκειται κυρίως στη μέθοδο θέρμανσης του χειμώνα. Οι κύριες μέθοδοι θέρμανσης του συστήματος θερμικής διαχείρισης του θαλάμου επιβατών είναι οι εξής:
1) Ο θερμαντήρας PTC είναι μια λύση θέρμανσης που χρησιμοποιείται ευρέως στα ηλεκτρικά οχήματα τις πρώτες μέρες. Σε περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας, ο θερμαντήρας PTC μπορεί να παρέχει γρήγορα θερμότητα στην καμπίνα επιβατών, αλλά η απόδοση μετατροπής ενέργειας είναι σχετικά χαμηλή και η διαδικασία θέρμανσης καταναλώνει άμεσα την ισχύ της μπαταρίας, κάτι που μπορεί να έχει κάποιο αντίκτυπο στην αντοχή των ηλεκτρικών οχημάτων.
2) Το σύστημα κλιματισμού αντλίας θερμότητας παίζει σημαντικό ρόλο στη θερμική διαχείριση των θαλάμων επιβατών ηλεκτρικών οχημάτων, ειδικά στη θέρμανση του χειμώνα. Το σύστημα χρησιμοποιεί τον αντίστροφο κύκλο Carnot για την ανάκτηση της απορριπτόμενης θερμότητας από το εξωτερικό περιβάλλον ή τα εσωτερικά εξαρτήματα και μετατρέπει θερμική ενέργεια χαμηλής ποιότητας σε θερμική ενέργεια υψηλής ποιότητας μέσω εξαρτημάτων όπως συμπιεστές, εξατμιστές και συμπυκνωτές για να επιτύχει αποτελεσματική θέρμανση. Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς θερμαντήρες PTC, τα συστήματα αντλιών θερμότητας έχουν υψηλότερους λόγους ενεργειακής απόδοσης, γεγονός που μειώνει τη ζήτηση για ενέργεια μπαταρίας ενσωματωμένη σε κάποιο βαθμό. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, τα συστήματα αντλιών θερμότητας διπλής πηγής ή πολλαπλών πηγών (όπως η ενσωματωμένη λειτουργία ανάκτησης απορριμμάτων θερμότητας κινητήρα) έχουν σταδιακά προσελκύσει την προσοχή, βελτιώνοντας περαιτέρω την απόδοση των αντλιών θερμότητας σε περιβάλλοντα ακραίων χαμηλών θερμοκρασιών. Ωστόσο, η απόδοση των συστημάτων κλιματισμού αντλιών θερμότητας θα μειωθεί σημαντικά σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας. Ο κύριος λόγος είναι ότι η πίεση εξάτμισης και η απορρόφηση θερμότητας του ψυκτικού σε χαμηλή θερμοκρασία περιβάλλοντος μειώνονται, με αποτέλεσμα τη μείωση του συντελεστή απόδοσης (COP) και τη δυσκολία στην κανονική λειτουργία. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, τεχνολογίες όπως η αναπλήρωση αέρα και η αύξηση της ενθαλπίας, η απόψυξη και η ανάκτηση απορριπτόμενης θερμότητας χρησιμοποιούνται συνήθως για βελτίωση.
Ορισμένες αναδυόμενες τεχνολογίες θερμικής διαχείρισης χώρου επιβατών αναπτύσσονται επίσης σταδιακά και προσπαθούν να εφαρμοστούν στον τομέα των ηλεκτρικών οχημάτων. Για παράδειγμα: η τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας υλικού αλλαγής φάσης μπορεί να απορροφήσει την περίσσεια θερμότητας όταν η θερμοκρασία στο χώρο επιβατών είναι πολύ υψηλή και να απελευθερώσει την αποθηκευμένη θερμότητα όταν η θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλή. Η τεχνολογία δέσμευσης ηλιακού κέρδους μπορεί να συλλέξει ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία μέσω ηλιακών συλλεκτών που είναι εγκατεστημένα στην οροφή και να τη μετατρέψει σε ηλεκτρική ενέργεια ή θερμική ενέργεια για χρήση από το σύστημα κλιματισμού. Επιπλέον, το έξυπνο σύστημα διαχείρισης θερμότητας χρησιμοποιεί προηγμένα δίκτυα αισθητήρων και αλγόριθμους ελέγχου για την παρακολούθηση της θερμοκρασίας μέσα και έξω από την καμπίνα και τις ανάγκες των επιβατών σε πραγματικό χρόνο και προσαρμόζει δυναμικά τη στρατηγική διαχείρισης θερμότητας για την επίτευξη του βέλτιστου αποτελέσματος χρήσης ενέργειας.
