Ανάπτυξη HVAC αυτοκινήτου υπό την τάση της ηλεκτροδότησης
Κάτω από το κύμα ηλεκτρισμού και ευφυΐας των οχημάτων, τα ηλεκτρικά οχήματα αναπτύχθηκαν γρήγορα. Οι πωλήσεις ηλεκτρικών οχημάτων έχουν αυξηθεί ραγδαία τα τελευταία χρόνια, αλλά το «άγχος εμβέλειας» και το «άγχος ασφάλειας» εξακολουθούν να προβληματίζονται από πολλούς καταναλωτές. Το πρόβλημα της εμβέλειας πλεύσης είναι ιδιαίτερα εμφανές σε χαμηλές θερμοκρασίες. Όταν ένα ηλεκτρικό όχημα κινείται σε χαμηλές θερμοκρασίες, η ικανότητα πλεύσης του οχήματος μπορεί να μειωθεί περισσότερο από 40% λόγω της χρήσης κλιματιστικού θερμαντήρα και της μειωμένης απόδοσης της μπαταρίας. Από την άποψη της ασφάλειας, η μπαταρία και η θερμική διαχείριση των ηλεκτρικών συσκευών στο αυτοκίνητο είναι επίσης ιδιαίτερα σημαντική. Αυτά τα προβλήματα απαιτούν ένα σύστημα θερμικής διαχείρισης αυτοκινήτων υψηλότερης απόδοσης για να λυθούν. Με απλά λόγια, το σύστημα θερμικής διαχείρισης αυτοκινήτων περιλαμβάνει κυρίως σχετικά μέρη όπως HVAC, θερμική διαχείριση μπαταρίας, ηλεκτρονικό έλεγχο κινητήρα και θερμική διαχείριση ηλεκτρικών συσκευών υψηλής ισχύος.
Μεταξύ αυτών, το σύστημα HVAC οχήματος (Θέρμανση, εξαερισμός και κλιματισμός, HVAC) αναφέρεται στο σύστημα ή τον σχετικό εξοπλισμό που είναι υπεύθυνος για τη θέρμανση, τον εξαερισμό και τον κλιματισμό του οχήματος. Συγκεκριμένα, το HVAC χωρίζεται κυρίως σε σχετικά εξαρτήματα όπως συσκευές ψύξης, συσκευές θέρμανσης και διεπαφή ανθρώπινης μηχανής (HMI).
Στη συνέχεια, θα εξετάσουμε τη συσκευή ψύξης, τη συσκευή θέρμανσης και το HMI στο HVAC αντίστοιχα, και θα επικεντρωθούμε στις τεχνικές λύσεις και τις τάσεις ανάπτυξης του HVAC για ηλεκτρικά οχήματα.
1. Συσκευή ψύξης
Η συσκευή ψύξης του HVAC αυτοκινήτου είναι παρόμοια με το κοινό μας κλιματιστικό, το οποίο χρησιμοποιεί τον κύκλο κατάστασης συμπίεσης, συμπύκνωσης, διαστολής και εξάτμισης ψυκτικού για να επιτύχει έλεγχο θερμοκρασίας. Η μεταφορά θερμότητας πραγματοποιείται κυρίως μέσω αλλαγών στην κατάσταση του ψυκτικού μέσου. Τα κύρια συστατικά μιας μονάδας ψύξης που είναι υπεύθυνη για τις παραπάνω λειτουργίες είναι ο συμπιεστής, ο συμπυκνωτής, η βαλβίδα εκτόνωσης, ο δέκτης/στεγνωτήριο και ο εξατμιστής.
Όπως φαίνεται στο σχήμα, το υγρό ψυκτικό απορροφά θερμότητα από το χώρο επιβατών και εξατμίζεται σε αέρια κατάσταση στον εξατμιστή. Στη συνέχεια, ο ατμός αναρροφάται από τον εξατμιστή μέσω ενός συμπιεστή, ο οποίος συμπιέζει τον ατμό για να αυξήσει την πίεσή του. Ο ατμός υψηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας που παράγεται από τον συμπιεστή στη συνέχεια ψύχεται από τον εξωτερικό αέρα στον συμπυκνωτή και συμπυκνώνεται σε υγρό υψηλής πίεσης. Το υγρό διαστέλλεται και αποσυμπιέζεται στη βαλβίδα εκτόνωσης πριν εισέλθει στον εξατμιστή. Η παραπάνω διαδικασία αποτελεί έναν συνεχή κύκλο. Η διαδικασία εξάτμισης απορροφά τη θερμότητα από τον περιβάλλοντα αέρα για να επιτύχει ένα αποτέλεσμα ψύξης και ο κρύος αέρας διοχετεύεται στον χώρο επιβατών μέσω ενός ανεμιστήρα.
2. Συσκευή θέρμανσης
Για οχήματα με κινητήρα εσωτερικής καύσης, είναι ευκολότερο να θερμάνετε το όχημα παρά να το ψύξετε. Η απόδοση μετατροπής του κινητήρα εσωτερικής καύσης είναι χαμηλή (περίπου 30%) και παράγει περισσότερη θερμότητα κατά τη λειτουργία. Αυτή η θερμότητα ρέει στον πυρήνα του θερμαντήρα μέσω του ψυκτικού υγρού και, στη συνέχεια, μέσω απλού ελέγχου, ο ελεγχόμενος θερμός αέρας μπορεί να διοχετευτεί στην καμπίνα μέσω ενός ανεμιστήρα. , διατηρώντας σταθερή τη θερμοκρασία της καμπίνας. Η διαδικασία είναι πολύ οικονομική και απλή και μπορεί να πραγματοποιηθεί αρκεί να λειτουργεί ο κινητήρας εσωτερικής καύσης. Δεν απαιτεί πρόσθετο καύσιμο και δεν αυξάνει την κατανάλωση καυσίμου. Αλλά για τα ηλεκτρικά οχήματα, η θέρμανση είναι μια σχετικά περίπλοκη λειτουργία. Επί του παρόντος, οι πιο βασικές λύσεις θέρμανσης είναι το PTC και οι αντλίες θερμότητας.
Το PTC (Positive Temperature Coefficient, Positive Temperature Coefficient Resistor) είναι μια τυπική αντίσταση ημιαγωγών με θετική ευαισθησία θερμοκρασίας. Όταν ενεργοποιείται, θα παράγει θερμότητα, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θέρμανση κλιματισμού. Όταν το PTC ενεργοποιηθεί για πρώτη φορά, η αντίστασή του θα παρουσιάσει μια αργά πτωτική τάση καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, δηλαδή η θερμογόνος δύναμη του σε θερμοκρασία δωματίου είναι χαμηλή. όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει τη θερμοκρασία Κιουρί, η τιμή αντίστασής της θα μειώνεται με τη θερμοκρασία. Η αύξηση είναι μια σταδιακή αύξηση και η πραγματική απόδοση είναι ότι σταματά αυτόματα να λειτουργεί. Ως στοιχείο PTC για θέρμανση, η αυτόματη λειτουργία σταθερής θερμοκρασίας μπορεί να εξαλείψει την ανάγκη για ένα πολύπλοκο κύκλωμα ελέγχου θερμοκρασίας. Στα ηλεκτρικά οχήματα, το PTC τροφοδοτείται απευθείας από τη μπαταρία υψηλής τάσης και, στη συνέχεια, η κατάσταση θέρμανσης ελέγχεται από έναν απλό διακόπτη PWM για να επιτευχθεί ένα πολύ απλό και αξιόπιστο σύστημα θέρμανσης.
Αν και το PTC έχει τα χαρακτηριστικά της απλής δομής, των ανθεκτικών υλικών και του καλού αποτελέσματος θέρμανσης, η δομή του συστήματος που τροφοδοτείται απευθείας από μια μπαταρία υψηλής τάσης προκαλεί τη διαδικασία θέρμανσης να επηρεάσει την εμβέλεια πλεύσης των ηλεκτρικών οχημάτων. Η έρευνα δείχνει ότι η χρήση PTC θα μειώσει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας των ηλεκτρικών οχημάτων κατά περίπου 24%.
Μια άλλη λύση είναι μια αντλία θερμότητας. Ως τύπος ωμικού στοιχείου, το όριο του COP του PTC (συντελεστής απόδοσης, απόδοση θέρμανσης) είναι 100%, δηλαδή, η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να μετατραπεί μόνο στην ίδια ποσότητα θερμικής ενέργειας το πολύ, ενώ μια αντλία θερμότητας μπορεί να είναι όσο υψηλό ως 300%. Η αρχή μιας αντλίας θερμότητας είναι παρόμοια με αυτή ενός οικιακού κλιματιστικού. Το ψυκτικό ρέει αμφίδρομα στον εξατμιστή και στον συμπυκνωτή του κλιματιστικού μέσω μιας βαλβίδας τεσσάρων κατευθύνσεων, μεταφέροντας θερμική ενέργεια από μια πηγή θερμότητας χαμηλού επιπέδου σε μια πηγή θερμότητας υψηλού επιπέδου, επιτυγχάνοντας έτσι το αποτέλεσμα θέρμανσης ή ψύξης. Αυτή η "μεταφορά θερμότητας" Σε σύγκριση με τη λειτουργία PTC, η διαδικασία μη "παραγωγής θερμότητας" μπορεί να εξοικονομήσει σημαντικά ηλεκτρική ενέργεια, επεκτείνοντας έτσι αποτελεσματικά την εμβέλεια πλεύσης των ηλεκτρικών οχημάτων και καθιστώντας μια σημαντική τάση εφαρμογής HVAC για ηλεκτρικά οχήματα.
3. HMI
Εάν ο κινητήρας κάνει το αυτοκίνητο να κινείται, δίνει ζωή στο αυτοκίνητο και είναι το πορτμπαγκάζ του αυτοκινήτου, τότε το HMI δίνει στο αυτοκίνητο σοφία και σκέψη και είναι η ψυχή του αυτοκινήτου. Ως εκ τούτου, οι λύσεις συστημάτων HMI εκτιμώνται πάντα από τους κατασκευαστές OEM αυτοκινήτων. Οι OEM πρέπει να παρέχουν στους οδηγούς και τους επιβάτες ασφαλείς, ευέλικτες και άνετες εμπειρίες πλοήγησης και ψυχαγωγίας. Ταυτόχρονα, αυτό είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας στη διαμόρφωση της διαφοροποίησης των προϊόντων. Τα τελευταία χρόνια, με την ηλεκτροκίνηση των αυτοκινήτων και την ώθηση μεγάλων νέων κατασκευαστών αυτοκινήτων ισχύος, η HMI εξελίχθηκε σταδιακά προς τη συγκέντρωση, τον έλεγχο και την ευφυΐα, παρόμοια με την ανάπτυξη των smartphone. Πολλές φορές το HVAC δεν έχει πλέον εντελώς ανεξάρτητη διεπαφή HMI, αλλά είναι κοινόχρηστο με άλλες λειτουργίες.
