ניתוח ניהול תרמי של רכב -
ניתוח עיקרון ופונקציה של מחמם מים PTC
יתרון אחד שלמחמם מים PTCמערכת החימום היא שהיא יורשת את מערכת החימום של רכבי בנזין, ומבטלת את הצורך לשנות את מכלול ה-HVAC הקיים, ובכך מפחיתה משמעותית את עלויות השינוי עבור יצרני רכב המייצרים רכבים חשמליים. המרכיבים העיקריים של מערכת חימום מחמם המים PTC כוללים: מחמם מים PTC, משאבת מים חשמלית, תא הסרת גז, צינורות מים ורדיאטור מחמם. לתא הסרת הגז במערכת יש שתי פונקציות:
(1) הפחתת לחץ המערכת: במהלך תהליך החימום, נוזל הקירור מייצר אדי מים, מה שגורם ללחץ המערכת לעלות. כאשר לחץ זה עולה על סף מסוים, שסתום הפליטה בתא הסרת הגז נפתח, משחרר את אדי המים לאטמוספירה, ובכך מפחית את לחץ המערכת.
(2) במהלך תהליך מחזור המים של המערכת, עלול לדלוף נוזל קירור, אותו ניתן לחדש באמצעות נוזל הקירור המאוחסן בתא הסרת הגז.
I. ניתוח הרכב המערכת
גוף החימום של מחמם המים PTC הוא תרמיסטור PTC. תרמיסטורי PTC עשויים מחומר מוליכים למחצה עם מקדם טמפרטורה חיובי. ניתן לחלק אותם לתרמיסטורים PTC-קרמיים ותרמיסטורים PTC מבוססי-פולימר [20]. תרמיסטורים PTC מבוססי- קרמיים הם חומרים מוליכים למחצה בעלי מוליכות מסוימת, כאשר הרכיבים העיקריים הם BaTiO3 או V3O3 ונוספת כמות קטנה של אלמנטים תורמים, המעורבבים ומוסננים. תרמיסטורים PTC מבוססי פולימרים- הם חומרים פולימריים הנוצרים על ידי שילוב של פולימרים אורגניים (כגון פוליאתילן) כמטריקס ושילוב חומרי מילוי מוליכים כגון פחמן שחור, גרפיט או אבקת מתכת ותחמוצות מתכת. מערכת זו משתמשת ב-PTC קרמי, בעל היתרונות של חימום בטמפרטורה קבועה, ללא להבה פתוחה, יעילות תרמית גבוהה וחיים ארוכים. ההתנגדות של תרמיסטורי PTC עולה עם העלייה בטמפרטורה. כאשר הטמפרטורה עולה על טמפרטורת Curie, ההתנגדות לפתע עולה, וכתוצאה מכך ירידה בכוח החימום, ובכך משיגה את פונקציית הטמפרטורה הקבועה.
II. ניתוח תפקוד מערכת
1) טכנולוגיית התחלה רכה
בתחילת ההתנעה-ת, המחמם פועל בהספק נמוך, ואז מחזור העבודה של PWM גדל בהדרגה כדי להגביר לאט את ההספק. המטרה היא לצמצם ביעילות את הנזק שנגרם על ידי זרם הכניסה למעגל ולסוללה, ובכך להפחית כשלים בבקר ולהאריך את חיי הסוללה.
2) מתח הפעלה רחב
המתח של מצבר רכב חשמלי אינו קבוע; מתח המוצא יורד ככל שהסוללה מתרוקנת. מחמם המים שתוכנן במאמר זה שואף לפעול כרגיל בטווח מתח רחב (DC400V-DC600V), והשפעת החימום שלו אינה מושפעת משינויי מתח, מה שמבטיח חימום יציב במהלך הפעולה.
3) ויסות כוח ליניארי
מיתוג גוף החימום PTC במחמם נשלט על ידי IGBT (התקן אינדוקטיבי משולב). הפלט של מעגל הכונן IGBT מחובר למחמם המים העומס, והכניסה מחוברת לאות PWM. הספק של דוד המים מותאם על ידי שינוי מחזור העבודה של אות PWM. הבקר מתאים באופן רציף את עוצמת החימום כדי להעלות במהירות ויציבה את הטמפרטורה הפנימית בהתבסס על משוב בזמן אמת מחיישני טמפרטורה על טמפרטורת המים וטמפרטורת הפנים של הרכב. ויסות הספק ליניארי זה דומה לזה של מזגן בתדר משתנה, מה שהופך אותו-ליעיל יותר באנרגיה.
4) אבחון תקלות CAN
כאשר תנור החימום מתקלקל, כגון גוף חימום פגום, משאבת מים חשמלית שאינה מתפקדת- או כשל במודול התקשורת CAN, מערכת הבקרה יכולה להציג את מידע התקלה בלוח התצוגה כדי להתריע למשתמש ולנתק את המתח הגבוה למחמם, תוך הפסקת החימום.
5) בקרת מיגון קבוצת גוף חימום
כאשר גוף חימום אחד נכשל, גוף החימום הזה מנותק, בעוד גופי החימום האחרים ממשיכים לפעול כרגיל, מונעים מהמחמם כולו לעצור ומשפרים את היעילות.
