Drie fasen van een nieuw energievoertuig
Ontwikkeling van thermische beheersystemen
Fase 1
Thermisch beheersysteem van de eerste-generatie: batterij lucht-gekoeld of vloeistof-gekoeld, PTC-verwarming en motorisch elektronisch geregelde vloeistofkoeling, allemaal onafhankelijk werkend.
In de vroege stadia van de ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen lag de nadruk vooral op het vervangen van de motor in benzinevoertuigen door batterijen en motoren. Tijdens normaal rijden genereert het accusysteem warmte, waarbij de efficiënte bedrijfstemperatuur 15-35 graden bedraagt. Luchtkoeling werd op grote schaal toegepast in de eerste nieuwe energievoertuigen vanwege de eenvoudige structuur, de lage kosten en het onderhoudsgemak.
Naarmate het motor- en laadvermogen toenam, kon de luchtkoeling niet langer voldoen aan de vereisten voor thermisch beheer van de batterij, wat leidde tot een geleidelijke upgrade naar vloeistofkoeling. In de winter werd vanwege de lagere omgevingstemperaturen PTC-verwarming gebruikt om de koelvloeistof te verwarmen, die de warmte vervolgens naar het accusysteem overbracht. De koeling in het passagierscompartiment werd voortgezet met behulp van het systeem uit het -tijdperk van benzinevoertuigen: mechanische airconditioningcompressoren werden opgewaardeerd naar elektrische compressoren; verwarming werd doorgaans bereikt met behulp van PTC-verwarming. De algemene voordelen van deze oplossing waren eenvoud, lage kosten en lage structurele complexiteit; de nadelen waren een hoog energieverbruik en een korte actieradius in de winter.
Fase 2
Thermisch beheersysteem van de tweede-generatie: vloeistofkoeling van de batterij, PTC-verwarming en vloeistofkoeling van de motor/elektronische regeling. Dit systeem maakt gebruik van restwarmte van de motor/het elektronische regelsysteem om het accusysteem te verwarmen, waardoor thermische recycling wordt bereikt.
Dit systeem bouwt voort op de eerste generatie en verbindt de motor/elektronische besturing en het thermische beheercircuit van de batterij in serie en parallel, waarbij de afvalwarmte van het motor/elektronische besturingssysteem volledig wordt benut om het batterijsysteem te verwarmen. Dit vermindert het PTC-gebruik in de winter, verbetert de algehele efficiëntie van het thermische beheer van elektrische voertuigen en vergroot hun rijbereik.
De XPeng P7 gebruikt bijvoorbeeld een vierwegklep- om het koelcircuit van de motor/elektronische regeling en het koelcircuit van het batterijpakket aan te sluiten. Wanneer het accupakket geen verwarming nodig heeft, wordt de warmte van het motor/elektronische regelcircuit afgevoerd via de motorradiatorconstructie van de voorste- module. Wanneer verwarming nodig is, voert de koelvloeistof de warmte van de motor/het elektronische regelsysteem af en stroomt door het koelcircuit van het accupakket. Als de warmte onvoldoende is, zorgt PTC voor extra verwarming om energie te besparen.
Het thermische beheersysteem van de tweede- generatie maakt nog steeds gebruik van PTC om te voldoen aan de verwarmingsbehoeften van de cabine en de accu. De cabineverwarming wordt doorgaans bereikt met behulp van een door een ventilator-verwarmde PTC-verwarmer.
DePTC-verwarmerverwarmt de omgevingslucht en vervolgens blaast het ventilatorsysteem de lucht in de cabine om de verwarmingsfunctie te bereiken. Als alternatief kan een PTC-verwarming op water-basis worden gebruikt om de koelvloeistof te verwarmen, die vervolgens door de verwarmingskern stroomt om de cabine te verwarmen. Aan de verwarmingsbehoeften van het accusysteem wordt voornamelijk voldaan door gebruik te maken van een PTC-verwarming op water-basis om de koelvloeistof en daarmee het accupakket te verwarmen.
PTC-verwarmers hebben echter doorgaans een vermogen van 1-6 kW, wat een extra energieverbruik van 4-6 kWh per 100 km oplevert. Met een volledig opgeladen rijtijd van 4-5 uur kan PTC-verwarming bijvoorbeeld de actieradius van een nieuw energievoertuig met 100-150 km verminderen. Daarom wordt de actieradius kleiner als de verwarming in de winter aanstaat.
Fase 3
Thermisch beheersysteem van de derde generatie: Deze fase voegt een warmtepompsysteem toe, wat resulteert in een efficiënter en complexer geheelthermisch beheersysteem. De koelmiddel- en watergebaseerde systemen- zijn geïntegreerd, wat een trend naar grotere integratie vertegenwoordigt, geïllustreerd door het Tesla Model Y.
Aan de koelmiddelzijde zijn een binnencondensor en een driewegklep voor koelmiddel toegevoegd om aan de verwarmingsvereisten van de warmtepomp te voldoen, ter vervanging van de originele hogedruk-PTC-verwarmer. Twee extra lagedruk-PTC-verwarmers zorgen voornamelijk voor ontdooien, ontwasemen en aanvullende verwarmingsfuncties. Over het algemeen zal het vervangen van het bestaande systeem door een warmtepomp een besparing van 2-3 kWh elektriciteit per 100 kilometer opleveren, waardoor een algehele verbetering van de actieradius van 10%-15% wordt bereikt.
