Utveckling av VVS för fordon under trenden med elektrifiering
Under vågen av fordonselektrifiering och intelligens har elfordon utvecklats snabbt. Försäljningen av elfordon har vuxit snabbt under de senaste åren, men "räckviddsångest" och "säkerhetsångest" besväras fortfarande av många konsumenter. Problemet med marschräckvidd är särskilt uppenbart vid låga temperaturer. När ett elfordon körs vid låga temperaturer kan fordonets körförmåga minskas med mer än 40 % på grund av användningen av värmare luftkonditionering och minskad batteriprestanda. Ur ett säkerhetsperspektiv är batteriet och termisk hantering av elapparater i bilen också särskilt viktigt. Dessa problem kräver ett termiskt hanteringssystem för fordon med högre prestanda att lösa. Enkelt uttryckt inkluderar fordonsvärmehanteringssystemet huvudsakligen relaterade delar som HVAC, batterivärmehantering, motorelektronik och värmestyrning för elektriska apparater med hög effekt.
Bland dem hänvisar fordons-HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning, HVAC) till systemet eller relaterad utrustning som ansvarar för uppvärmning, ventilation och luftkonditionering i fordonet. Specifikt är HVAC huvudsakligen uppdelad i relaterade komponenter som kylanordningar, värmeanordningar och human machine interface (HMI).
Därefter kommer vi att titta på kylanordning, värmeanordning och HMI i HVAC respektive, och fokusera på de tekniska lösningarna och utvecklingstrenderna för HVAC för elfordon.
1. Kylanordning
Kylanordningen för bil-HVAC liknar vår vanliga luftkonditionering, som använder tillståndscykeln för köldmediekompression, kondensation, expansion och förångning för att uppnå temperaturkontroll. Värmeöverföring sker främst genom förändringar i köldmediets tillstånd. Huvudkomponenterna i en kylenhet som ansvarar för ovanstående funktioner är kompressor, kondensor, expansionsventil, mottagare/tork och förångare.
Som visas i figuren absorberar det flytande köldmediet värme från passagerarutrymmet och avdunstar till ett gasformigt tillstånd i förångaren. Ångan dras sedan ut ur förångaren av en kompressor, som komprimerar ångan för att öka dess tryck. Den högtrycks- och högtemperaturånga som genereras av kompressorn kyls sedan av utomhusluften i kondensorn och kondenseras till högtrycksvätska. Vätskan expanderar och dekomprimeras i expansionsventilen innan den kommer in i förångaren. Ovanstående process utgör en kontinuerlig cykel. Förångningsprocessen absorberar värme från den omgivande luften för att uppnå en kylande effekt och den kalla luften blåses in i kupén genom en fläkt.
2. Värmeanordning
För fordon med förbränningsmotorer är det lättare att värma fordonet än att kyla det. Förbränningsmotorns omvandlingseffektivitet är låg (cirka 30 %) och den genererar mer värme under drift. Denna värme strömmar in i värmarens kärna genom kylvätskan och sedan genom enkel styrning kan reglerbar varmluft blåsas in i kupén genom en fläkt. , hålla temperaturen i kabinen konstant. Processen är mycket ekonomisk och enkel och kan utföras så länge förbränningsmotorn är igång. Det kräver inget extra bränsle och kommer inte att öka bränsleförbrukningen. Men för elfordon är uppvärmning en relativt komplicerad operation. För närvarande är de vanligaste värmelösningarna PTC och värmepumpar.
PTC (Positive Temperature Coefficient, Positive Temperature Coefficient Resistor) är ett typiskt halvledarmotstånd med positiv temperaturkänslighet. När den aktiveras genererar den värme, som kan användas för uppvärmning av luftkonditioneringen. När PTC:n slås på för första gången kommer dess motstånd att visa en långsamt minskande trend när temperaturen ökar, det vill säga dess värmevärde vid rumstemperatur är lågt; när temperaturen överstiger Curie-temperaturen kommer dess motståndsvärde att minska med temperaturen. Ökningen är en stegvis ökning, och den faktiska prestandan är att den automatiskt slutar fungera. Som ett PTC-element för uppvärmning kan dess automatiska konstanttemperaturfunktion eliminera behovet av en komplex temperaturreglerkrets. I elfordon drivs PTC direkt av högspänningsbatteripaketet, och sedan styrs dess uppvärmningsstatus av en enkel PWM-omkopplare för att uppnå ett mycket enkelt och tillförlitligt värmesystem.
Även om PTC har egenskaperna för enkel struktur, hållbara material och bra värmeeffekt, får systemstrukturen att drivas direkt av ett högspänningsbatteri att uppvärmningsprocessen påverkar räckvidden för elfordon. Forskning visar att användningen av PTC kommer att minska batteritiden för elfordon med cirka 24 %.
En annan lösning är en värmepump. Som en typ av resistivt element är gränsen för PTC:s COP (Coefficient of Performance, heating efficiency) 100 %, det vill säga elektrisk energi kan endast omvandlas till samma mängd värmeenergi som mest, medan en värmepump kan vara som hög som 300%. Principen för en värmepump liknar den för en hushållsluftkonditionering. Köldmediet strömmar dubbelriktat i luftkonditioneringsanläggningens förångare och kondensor genom en fyrvägsventil och överför värmeenergi från en lågnivåvärmekälla till en högnivåvärmekälla, och uppnår därmed effekten av uppvärmning eller kylning. Denna "värmeöverföring" Jämfört med PTC-läget kan den icke-"värmealstrande" processen avsevärt spara elenergi, och därigenom förlänga räckvidden för elfordon effektivt och bli en viktig tillämpningstrend för HVAC för elfordon.
3. HMI
Om motorn får bilen att röra sig, ger bilen liv och är bilens bagageutrymme, så ger HMI bilen visdom och tanke, och är bilens själ. Därför har HMI-systemlösningar alltid uppskattats av biltillverkare. OEM-tillverkare måste ge förare och passagerare säkra, flexibla och bekväma navigerings- och underhållningsupplevelser. Samtidigt är detta också en viktig faktor för att forma produktdifferentiering. Under de senaste åren, med elektrifieringen av bilar och drivkraften från stora nya kraftbilstillverkare, har HMI gradvis utvecklats mot centralisering, screenisering och intelligens, liknande utvecklingen av smartphones. Många gånger har HVAC inte längre ett helt oberoende HMI-gränssnitt, utan delas med andra funktioner.
