Forskningsframsteg för termisk hantering av elfordon
systemintegrationsteknik
Introduktion till Thermal Management System
Det termiska ledningssystemet för elfordon utvecklades från det termiska ledningssystemet för traditionella bränslefordon, och systemkonfigurationen har också gradvis utvecklats från det relativa oberoendet för varje värmeledningsslinga till integrationsriktningen. Eftersom det inte finns någon motorspillvärme att utnyttja krävs ytterligare utrustning för att tillhandahålla en värmekälla vid uppvärmning av kupén. För närvarande är vanliga uppvärmningsmetoder i elfordon bland annat positiv temperaturkoefficient (positiv temperaturkoefficient, PTC), elektrisk uppvärmning av värmeelement och värmepumpsuppvärmning av luftkonditionering.
Enkel kylande luftkonditionering + PTC
Termistorns resistans i den elektriska PTC-värmaren kommer att öka när temperaturen ökar, vilket resulterar i en minskning av värmeeffekten. Därför har PTC-termistorn konstanta temperaturegenskaper. På grund av PTC-värmesystemets enkla sammansättning och låga pris, använder tidiga PTC-värmesystem. De flesta elfordon använder luftkonditioneringskylning med enkelkylning och PTC-elvärmevärme för att uppnå kyl- och värmebehovet i passagerarutrymmet.
Under kyla på sommaren används förångaren som är anordnad i luftkanalen för att absorbera värme för att uppnå syftet med kylning. Det finns två alternativ för uppvärmning. En är att placera luft-PTC direkt i luftkanalen i luftkonditioneringsboxen. När det finns behov av uppvärmning aktiveras PTC för att värma luften. Luften i kanalen förs in i passagerarutrymmet; en annan typ använder vatten PTC för att värma upp det sekundära köldmediet, och det sekundära köldmediet strömmar in i varmluftskärnan som är anordnad i luftkanalen för att indirekt värma upp luften i luftkanalen för att möta värmebehovet.
Värmepump luftkonditionering+PTC
Eftersom PTC använder elektrisk uppvärmning för uppvärmning är uppvärmningseffektiviteten mindre än 1, så denna uppvärmningsmetod kan minska räckvidden för elfordon med 50 %. Den teoretiska verkningsgraden för värmepumpar är större än 1, så att använda värmepumpar för att ersätta PTC-värme har blivit en utvecklingstrend. ｡ Forskningsresultaten av ZHANG et al. [18] visar att värmepumpsystemet kan spara 41,3 % energi jämfört med PTC-värmesystemet. Eftersom de flesta elfordon för närvarande använder R134a som arbetsvätska, när omgivningstemperaturen är lägre än -10 grader, reduceras värmepumpsystemets effektivitet och tillförlitlighet, så en PTC elvärmare behövs fortfarande för tillsatsuppvärmning.
Värmepumpens luftkonditioneringssystem realiserar växlingen av systemkylning, uppvärmning, avfuktning, avfrostning och andra lägen genom omkopplaren på ventilhuset. Fyrvägsväxlingsventilen har använts i stor utsträckning inom hushållsluftkonditionering, och dess tillämpning i värmepumpens luftkonditioneringssystem för elfordon kan Det är en bra lösning på problemet med köldmediereversering under systemkylning och uppvärmning. Denna systemlösning har färre delar, enkel struktur och lägre kostnad. Fyrvägsventilen har dock en svår koppar-aluminiumsvetsprocess och är lätt att korrodera. Högt och lågt tryck Det finns defekter som luftförbiblåsning på sidan, vilket påverkar systemets prestanda. Luftkonditioneringssystem för personbilsvärmepumpar använder oftast en lösning med tre värmeväxlare med en utomhusvärmeväxlare och två inomhusvärmeväxlare, och lägesväxling sker genom flera magnetventiler.
Ett luftkonditioneringssystem med värmepump som använder R134a kylmedel kan snabbt värma passagerarutrymmet när omgivningstemperaturen är över 0 grader. Men när man arbetar vid en lägre temperatur, på grund av minskningen av köldmediemassflödet, försvagas förångningsvärmeabsorptionskapaciteten; samtidigt minskar sugtrycket. , ökar kompressorns tryckförhållande, vilket resulterar i minskad effektivitet och dämpad systemprestanda. Studier har visat att vid en omgivningstemperatur på −10 grader har värmekapaciteten för värmepumpens luftkonditioneringssystem som använder R134a-köldmediet kraftigt försvagats till den grad att den inte kan möta kupéns uppvärmningsbehov. Vid denna tidpunkt måste PTC-elvärmaren användas för att värma upp kylmediet för att tillgodose systemets uppvärmningsbehov. Wang Ying et al. använt experimentella metoder för att jämföra funktionsegenskaperna hos fyrvägsventilen och tre värmeväxlarsystem. Forskningsresultaten visar att systemet med tre värmeväxlare är bättre på att avfrosta. ､Det har fler fördelar vid avfuktning, och energieffektiviteten för fyrvägsventilsystemet är 7% ~ 15% högre än för de tre värmeväxlarsystemet.
Värmepump luftkonditionering + spillvärmeåtervinning + PTC
Vårt land har ett stort territorium och sträcker sig över en stor temperaturzon, så det är nödvändigt att utöka temperaturintervallet som används av luftkonditioneringsanläggningar för värmepumpar. Spillvärmen från motorer och batterier är en värdefull värmekälla på vintern. Många tillverkare och vetenskapliga forskningsinstitutioner överväger att återvinna denna del av värmen som en extra värmekälla för att utöka tillämpningsområdet för luftkonditioneringsapparater med värmepumpar.
Systemet kan realisera funktioner som kupékylning, uppvärmning, avfrostning, avimning och avfuktning. Den kan också värma eller kyla batteriet och drivmotorn. Dessutom kan den även återvinna spillvärme från batteriet och drivmotorn. Systemets arbetsprincip är som följer: Funktionerna för kylning, uppvärmning, avfuktning, avfrostning och avimning av passagerarutrymmet realiseras genom omkopplarkombinationen av magnetventilen i kylmedelskretsen; en batterikylare (Chiller) kopplad parallellt med förångaren läggs till köldmediekretsen. När batteriet eller drivenheten När motorn har kylbehov strömmar köldmediet genom det sekundära köldmediet i kylmaskinens sekundära kylkrets; när batteriet eller drivmotorn inte har ett stort behov av värmeavledning, kan trevägsventilens tillstånd ändras för att styra flödet av det sekundära köldmediet för att överföra värme genom den låga temperaturen. Radiatorn släpps ut till utsidan av fordonet för att kyla ner batteriet eller drivmotorn; när batteriet behöver värmas, aktiverar PTC värmen och realiserar uppvärmningsfunktionen genom justering av trevägsventilen på köldmediesidan; när omgivningstemperaturen är låg, värmepumpen När luftkonditioneringen inte kan användas och batteriet eller drivmotorn behöver värmeavledas, absorberar det sekundära köldmediet värmen som behöver avledas på batteri- eller drivmotorsidan. Den strömmar genom kylaren genom trevägsventilen och växlar värmen till köldmediesidan för att värma passagerarutrymmet. Systemets driftstemperaturområde ökas och systemets energieffektivitet förbättras.
