היסטוריית הפיתוח של רכב חשמליתֶרמִי
טכנולוגיית ניהול
ניהול תרמי רכב הוא אחת מטכנולוגיות הליבה לפיתוח רכבים חשמליים, הכוללת ניהול רב-מטרות כגון בקרת טמפרטורת תא הנוסעים וסביבת הלחות, בקרת טמפרטורת מערכת החשמל, מניעת ערפול וסילוק ערפל מזכוכית ועוד. על פי הניהול התרמי. ארכיטקטורת המערכת ומידת האינטגרציה, הפיתוח של ניהול תרמי רכב חשמלי מתמצה לשלושה שלבים, כפי שמוצג באיור 1. מקירור יחיד בשילוב חימום חשמלי למשאבות חום בשילוב חימום עזר חשמלי ועד לצימוד הדרגתי של אזור טמפרטורה רחב. משאבות חום עם ניהול תרמי רכב, טכנולוגיית הניהול התרמי של הרכב של כלי רכב חשמליים מתפתחת בהדרגה בכיוון משולב וחכם במיוחד, ובטווח טמפרטורות רחב יכולת ההסתגלות הסביבתית בתנאים אזוריים וקיצוניים משתפרת בהדרגה.
Ⅰ חימום PTC שלב ראשון
בשלב הראשוני של התיעוש של כלי רכב חשמליים, הם פותחו בעצם עם החלפת מערכות חשמל כמו סוללות ומנועים כטכנולוגיות ליבה. מערכות עזר כגון מיזוג אוויר בתא, הסרת ערפול של חלונות ובקרת טמפרטורת רכיבי הכוח התבססו על טכנולוגיית ניהול תרמית של רכב דלק מסורתי. מבוסס על השיפור ההדרגתי. גם מזגני רכב חשמלי טהור וגם מזגני רכבי דלק משיגים פונקציות קירור באמצעות מחזור דחיסת אדים. ההבדל בין השניים הוא שמדחס מיזוג האוויר של רכבי דלק מונע בעקיפין על ידי המנוע דרך רצועה, בעוד שרכבים חשמליים טהורים משתמשים ישירות במדחס הנעה חשמלי כדי להניע את הקירור. מחזור. בעת חימום רכב דלק בחורף, חום פסולת המנוע משמש ישירות לחימום תא הנוסעים ללא צורך במקורות חום נוספים. עם זאת, חום הפסולת המנוע של רכבים חשמליים טהורים אינו יכול לענות על צורכי החימום בחורף. לכן, חימום החורף הוא בעיה שרכבים חשמליים טהורים צריכים לפתור.
כאשר רכב חשמלי פועל כרגיל, סוללת החשמל מתרוקנת ויוצרת חום, מה שגורם לטמפרטורה לעלות, מה שמחייב את הסוללה להתקרר. שיטות קירור הסוללה כוללות בעיקר קירור אוויר, קירור נוזלי, קירור חומר שינוי פאזה וקירור צינור חום. מכיוון שלקירור אוויר יש מבנה פשוט, עלות נמוכה ותחזוקה קלה, הוא היה בשימוש נרחב בכלי רכב חשמליים מוקדמים. הצורה העיקרית של ניהול תרמי בשלב זה היא שכל תת-מערכת עצמאית עונה על צרכי הניהול התרמי.
Ⅱהשלב השני של יישום טכנולוגיית משאבת חום
בשימוש בפועל, לכלי רכב חשמליים יש ביקוש אנרגיה גבוה יותר לחימום בחורף. מנקודת מבט תרמודינמית, ה-COP של חימום PTC הוא תמיד פחות מ-1, מה שהופך את צריכת החשמל של חימום PTC לגבוהה ושיעור ניצול האנרגיה נמוך, מה שמגביל ברצינות כלי רכב חשמליים. מִספָּר הַמַיִלִים. טכנולוגיית משאבת חום משתמשת במחזור דחיסת אדים כדי לנצל חום בדרגה נמוכה בסביבה. ה-COP התיאורטי במהלך החימום גדול מ-1. לכן, שימוש במערכת משאבת חום במקום PTC יכולה להגדיל את טווח השיוט של כלי רכב חשמליים בתנאי חימום.
עם זאת, בסביבות טמפרטורות נמוכות, יכולת החימום של מערכות משאבות חום מסורתיות מוחלשת מאוד ואינה יכולה לענות על צורכי החימום של רכבים חשמליים בסביבות בטמפרטורה נמוכה. נדרשים תנורי חימום נוספים לחימום עזר. לכן, שיטת החימום של משאבות חום בתוספת חום עזר PTC הפכה לשיטת חימום חשובה עבור רכבים חשמליים בסביבות טמפרטורות נמוכות בחורף. השיטה העיקרית של חימום התא. ככל שהקיבולת והכוח של סוללות כוח גדלים עוד יותר, העומס התרמי במהלך פעולת סוללות החשמל גדל גם הוא בהדרגה. מבנה קירור האוויר המסורתי אינו יכול לענות על צורכי בקרת הטמפרטורה של סוללות חשמל, ולכן קירור נוזלי הפך לשיטה העיקרית לבקרת טמפרטורת הסוללה.
יתרה מכך, מכיוון שהטמפרטורה הנוחה הנדרשת לגוף האדם דומה לטמפרטורה שבה פועלת סוללת החשמל כרגיל, ניתן לספק את צורכי הקירור של תא הנוסעים וסוללת החשמל בהתאמה על ידי חיבור מחליפי חום במקביל בחום תא הנוסעים. מערכת משאבות. החום של סוללת החשמל נלקח בעקיפין דרך מחליף החום והקירור המשני, ומידת האינטגרציה של כל מערכת הניהול התרמית של הרכב של כלי רכב חשמליים שופרה. למרות שמידת האינטגרציה השתפרה, מערכת הניהול התרמית בשלב זה משלבת רק לזמן קצר את קירור הסוללה וקירור תא הנוסעים, וחום הפסולת של המצבר והמנוע לא נוצל ביעילות.
Ⅲפיתוח טכנולוגיה משולבת עבור משאבת חום באזור טמפרטורה רחב וניהול תרמי של רכב
למזגני משאבות חום מסורתיים יש יעילות חימום נמוכה ויכולת חימום לא מספקת בסביבות קרות גבוהות, מה שמגביל את תרחישי היישום של כלי רכב חשמליים. לכן פותחו ויושמו סדרה של שיטות לשיפור הביצועים של מזגני משאבת חום בתנאי טמפרטורה נמוכה. על ידי הוספת מעגל חילופי חום משני באופן סביר, תוך קירור סוללת החשמל ומערכת המנוע, החום שנותר ממוחזר כדי להגדיל את יכולת החימום של כלי רכב חשמליים בתנאי טמפרטורה נמוכה. תוצאות ניסוי מראות כי יכולת החימום של מזגני משאבות חום לשחזור חום פסולת גדלה באופן משמעותי בהשוואה למזגני משאבות חום מסורתיים.
עם זאת, כאשר טמפרטורת הסביבה נמוכה יותר וכמות שחזור החום הפסולת קטנה, שחזור חום הפסולת לבדו עדיין אינו יכול לעמוד בדרישת קיבולת החימום בסביבות בטמפרטורה נמוכה. עדיין צריך להשתמש בתנורי PTC כדי לפצות על חוסר יכולת החימום במצבים הנ"ל. עם זאת, עם שיפור הדרגתי של שילוב הניהול התרמי של חשמליות, ניתן להגדיל את כמות שחזור החום הפסולת על ידי הגדלת החום הנוצר על ידי המנוע באופן סביר, ובכך להגדיל את יכולת החימום וה-COP של מערכת משאבת החום ולהימנע משימוש של מחממי PTC. זה מפחית עוד יותר את תפוסת החלל של מערכת הניהול התרמית תוך מענה לצרכי החימום של רכבים חשמליים בסביבות בטמפרטורה נמוכה.
בנוסף למיחזור פסולת חום מסוללות וממערכות מנוע, ניצול אוויר חוזר הוא גם דרך להפחית את צריכת האנרגיה של מערכות ניהול תרמיות בתנאי טמפרטורה נמוכה. תוצאות מחקר מראות כי בסביבות טמפרטורות נמוכות, אמצעי ניצול אוויר חוזר סבירים יכולים למנוע ערפול וכפור על חלונות המכונית תוך הפחתת אנרגיית החימום הנדרשת על ידי כלי רכב חשמליים ב-46% עד 62%, ויכולים להפחית את צריכת אנרגיית החימום בכ-40% בשעה. רוב. . Nippon Denso פיתחה גם מבנה דו-שכבתי תואם אויר חוזר/אוויר צח, שיכול למנוע ערפול ולהפחית את איבוד החום הנגרם מאוורור ב-30%. בשלב זה, ההסתגלות הסביבתית של ניהול תרמי רכב חשמלי בתנאים קיצוניים משתפרת בהדרגה, והיא מתפתחת לכיוון של אינטגרציה והרקה.
על מנת לשפר עוד יותר את יעילות הניהול התרמי של הסוללה בתנאי הספק גבוהים ולהפחית את המורכבות של הניהול התרמי, שיטת בקרת טמפרטורת הסוללה הקירור הישיר והחימום הישיר ששולחת ישירות את הקירור לתוך ערכת הסוללות להחלפת חום היא גם זרם פתרון טכני. תצורת הניהול התרמי של חילופי חום ישירים בין ערכת הסוללה לקירור מוצגת באיור 5. טכנולוגיית קירור ישיר יכולה לשפר את יעילות חילופי החום והעברת החום, להשיג פיזור טמפרטורה אחיד יותר בתוך הסוללה, להפחית לולאות משניות ולהגדיל את בזבוז המערכת התאוששות חום, ובכך לשפר את ביצועי בקרת הטמפרטורה של הסוללה. עם זאת, מכיוון שטכנולוגיית החלפת החום הישירה בין הסוללה לקירור מחייבת את מערכת משאבת החום להגביר את חום הקירור, מצד אחד, בקרת טמפרטורת הסוללה מוגבלת על ידי הפעלה ועצירה של מערכת מיזוג משאבת החום, אשר יש השפעה מסוימת על הביצועים של לולאת הקירור. היא גם מגבילה את השימוש במקורות קור טבעיים בעונות מעבר, כך שטכנולוגיה זו עדיין זקוקה לשיפור מחקר נוסף ולהערכת יישומים.
