התקדמות המחקר של טכנולוגיית אינטגרציה של מערכת ניהול תרמית לרכב חשמלי

התקדמות המחקר של ניהול תרמי רכב חשמלי

טכנולוגיית שילוב מערכות

מבוא למערכת ניהול תרמית

מערכת הניהול התרמי של כלי רכב חשמליים התפתחה ממערכת הניהול התרמי של רכבי דלק מסורתיים, וגם תצורת המערכת התפתחה בהדרגה מהעצמאות היחסית של כל לולאת ניהול תרמי לכיוון האינטגרציה. מכיוון שאין חום פסולת מנוע לניצול, נדרש ציוד נוסף כדי לספק מקור חום בעת חימום תא הנוסעים. נכון לעכשיו, שיטות החימום הנפוצות בכלי רכב חשמליים כוללות מקדם טמפרטורה חיובי (מקדם טמפרטורה חיובי, PTC) חימום תנור חשמלי וחימום מיזוג אוויר במשאבת חום.

מזגן קירור יחיד + PTC
ההתנגדות של התרמיסטור במחמם החשמלי PTC תגדל ככל שהטמפרטורה עולה, וכתוצאה מכך ירידה בעוצמת החימום. לכן, לתרמיסטור PTC יש מאפייני טמפרטורה קבועים. בשל ההרכב הפשוט והמחיר הנמוך של מערכת החימום PTC, מערכות חימום PTC מוקדמות רוב הרכבים החשמליים משתמשים בקירור מיזוג אוויר בקירור יחיד ובחימום תנור PTC חשמלי כדי להשיג את צורכי הקירור והחימום של תא הנוסעים.

במהלך הקירור בקיץ, המאייד המסודר בתעלת האוויר משמש לקליטת חום כדי להשיג את מטרת הקירור. ישנן שתי אפשרויות לחימום. האחת היא לארגן את PTC האוויר ישירות בתעלת האוויר של תיבת המיזוג. כאשר יש צורך בחימום, ה-PTC מופעל לחימום האוויר. האוויר בתעלה מוכנס לתא הנוסעים; סוג אחר משתמש ב-PTC מים כדי לחמם את נוזל הקירור המשני, והקירור המשני זורם לליבה האוויר החם המסודרת בתעלת האוויר כדי לחמם בעקיפין את האוויר בתעלת האוויר כדי לענות על דרישת החימום.

מזגן משאבת חום+PTC

מכיוון ש-PTC משתמש בחימום חשמלי לחימום, יעילות החימום נמוכה מ-1, כך ששיטת חימום זו יכולה להפחית את טווח השיוט של כלי רכב חשמליים ב-50%. היעילות התיאורטית של משאבות חום גדולה מ-1, כך ששימוש במשאבות חום להחלפת חימום PTC הפך למגמת פיתוח. תוצאות המחקר של ZHANG et al. [18] מראים שמערכת משאבת החום יכולה לחסוך 41.3% מהאנרגיה בהשוואה למערכת מחמם PTC. מכיוון שרוב הרכבים החשמליים משתמשים כיום ב-R134a כנוזל עבודה, כאשר טמפרטורת הסביבה נמוכה מ-10 מעלות, מערכת משאבת החום היעילות והאמינות מופחתות, כך שעדיין יש צורך בתנור חימום חשמלי PTC לחימום עזר.

מערכת מיזוג אוויר משאבת חום מיישמת את החלפת מצבי קירור, חימום, הסרת לחות, הפשרה ושאר מצבים באמצעות המתג של גוף השסתום. שסתום היפוך ארבע-כיווני נמצא בשימוש נרחב בתחום מיזוג האוויר הביתי, ויישומו במערכת מיזוג אוויר משאבת חום של רכבים חשמליים יכול. זהו פתרון טוב לבעיית היפוך הקירור במהלך קירור וחימום המערכת. לפתרון מערכת זה יש פחות חלקים, מבנה פשוט ועלות נמוכה יותר. עם זאת, לשסתום ההיפוך לארבעה כיוונים יש תהליך ריתוך נחושת-אלומיניום קשה והוא נשחק בקלות. לחץ גבוה ונמוך ישנם פגמים כמו נשיפה של אוויר בצד, המשפיעים על ביצועי המערכת. מערכות מיזוג משאבות חום לרכב נוסעים משתמשות לרוב בפתרון מחליף חום של שלושה מחליף חום חיצוני אחד ושני מחליפי חום פנימיים, ומעבר מצב מתבצע באמצעות שסתומי סולנואיד מרובים.

מערכת מיזוג משאבת חום המשתמשת בקירור R134a יכולה לחמם במהירות את תא הנוסעים כאשר טמפרטורת הסביבה היא מעל 0 מעלות. עם זאת, כאשר פועלים בטמפרטורה נמוכה יותר, עקב הירידה בזרימת מסת הקירור, נחלשת יכולת ספיגת חום האידוי; במקביל, לחץ היניקה יורד. , יחס לחץ המדחס עולה, וכתוצאה מכך יעילות מופחתת וביצועי המערכת מוחלשים. מחקרים הראו כי בטמפרטורת סביבה של -10 מעלות, כושר החימום של מערכת מיזוג האוויר במשאבת החום המשתמשת בקירור R134a נחלש מאוד עד כדי כך שהיא אינה יכולה לעמוד בדרישת החימום בתא. בשלב זה, יש להשתמש במחמם החשמלי PTC לחימום הקירור כדי לענות על צורכי החימום של המערכת. וואנג יינג ואחרים. השתמשו בשיטות ניסיוניות כדי להשוות את מאפייני הפעולה של השסתום הארבע-כיווני ושל שלוש מערכות מחליף חום. תוצאות המחקר מראות שמערכת שלושת מחליפי החום טובה יותר בהפשרה. יש לו יותר יתרונות בהסרת לחות, והיעילות האנרגטית של מערכת השסתומים הארבע-כיוונית גבוהה ב-7% ~ 15% מזו של מערכת מחליף החום.

מזגן משאבת חום + שחזור חום פסולת + PTC

למדינה שלנו יש שטח עצום ומשתרע על אזור טמפרטורות גדול, ולכן יש צורך להרחיב את טווח הטמפרטורות המשמש את מזגני משאבות חום. חום הפסולת של מנועים וסוללות הוא מקור חום יקר ערך בחורף. יצרנים ומוסדות מחקר מדעיים רבים שוקלים למחזר חלק זה של החום כמקור חום עזר כדי להרחיב את מגוון היישומים של מזגני משאבות חום.

המערכת יכולה לממש פונקציות כגון קירור תא הנוסעים, חימום, הפשרה, הסרת ערפל והסרת לחות. זה יכול גם לחמם או לקרר את הסוללה ואת מנוע הכונן. בנוסף, הוא יכול גם להחזיר חום פסולת מהסוללה וממנוע הכונן. עקרון העבודה של המערכת הוא כדלקמן: הפונקציות של קירור, חימום, הסרת לחות, הפשרה וסילוק ערפל של תא הנוסעים מתממשות באמצעות שילוב המתגים של שסתום הסולנואיד של מעגל הקירור; למעגל הקירור מתווסף מצנן סוללות (Chiller) המחובר במקביל למאייד. כאשר הסוללה או הנהג כאשר למנוע צרכי קירור, נוזל הקירור זורם דרך הקירור המשני של מעגל הקירור המשני של Chiller; כאשר המצבר או מנוע ההנעה אינם בעלי צורך גדול בפיזור חום, ניתן לשנות את מצב השסתום התלת-כיווני כדי לשלוט בזרימת הקירור המשני כדי להעביר חום דרך הטמפרטורה הנמוכה הרדיאטור נפרק החוצה הרכב כדי לקרר את המצבר או את מנוע ההנעה; כאשר הסוללה זקוקה לחימום, ה-PTC ממריץ את החימום ומממש את פונקציית החימום באמצעות כוונון השסתום התלת-כיווני בצד הקירור; כאשר טמפרטורת הסביבה נמוכה, משאבת החום כאשר לא ניתן להשתמש במזגן והסוללה או מנוע ההנעה זקוקים לפיזור חום, נוזל הקירור המשני סופג את החום שצריך לפזר בצד המצבר או מנוע ההינע. הוא זורם דרך ה-Chiller דרך השסתום התלת-כיווני ומחליף את החום לצד הקירור כדי לחמם את תא הנוסעים. טווח טמפרטורת הפעולה של המערכת גדל ויעילות האנרגיה של המערכת משתפרת.