Ontwikkeling van HVAC in de auto-industrie onder de trend van elektrificatie
Onder de golf van voertuigelektrificatie en intelligentie hebben elektrische voertuigen zich snel ontwikkeld. De verkoop van elektrische voertuigen is de afgelopen jaren snel gegroeid, maar veel consumenten hebben nog steeds last van ‘angst over de actieradius’ en ‘veiligheidsangst’. Het probleem van de actieradius is vooral duidelijk bij lage temperaturen. Wanneer een elektrisch voertuig bij lage temperaturen rijdt, kan het rijvermogen van het voertuig met meer dan 40% worden verminderd als gevolg van het gebruik van verwarming en airconditioning en verminderde batterijprestaties. Vanuit veiligheidsoogpunt zijn ook het batterij- en thermisch beheer van elektrische apparaten in de auto bijzonder belangrijk. Deze problemen vereisen een beter presterend thermisch beheersysteem voor auto's om op te lossen. Simpel gezegd omvat het thermische beheersysteem voor auto's voornamelijk aanverwante onderdelen zoals HVAC, thermisch beheer van de batterij, elektronische motorregeling en thermisch beheer van elektrische apparaten met hoog vermogen.
Onder hen verwijst voertuig-HVAC (verwarming, ventilatie en airconditioning, HVAC) naar het systeem of de bijbehorende apparatuur die verantwoordelijk is voor verwarming, ventilatie en airconditioning in het voertuig. Concreet wordt HVAC hoofdzakelijk onderverdeeld in gerelateerde componenten zoals koelapparatuur, verwarmingsapparatuur en mens-machine-interface (HMI).
Vervolgens zullen we respectievelijk kijken naar het koelapparaat, het verwarmingsapparaat en de HMI in HVAC, en ons concentreren op de technische oplossingen en ontwikkelingstrends van HVAC voor elektrische voertuigen.
1. Koelapparaat
Het koelapparaat van auto-HVAC is vergelijkbaar met onze gewone airconditioner, die de toestandscyclus van koelmiddelcompressie, condensatie, uitzetting en verdamping gebruikt om temperatuurregeling te bereiken. Warmteoverdracht vindt voornamelijk plaats door veranderingen in de toestand van het koelmiddel. De belangrijkste componenten van een koelunit die verantwoordelijk zijn voor de bovengenoemde functies zijn de compressor, condensor, expansieklep, ontvanger/droger en verdamper.
Zoals weergegeven in de afbeelding absorbeert het vloeibare koelmiddel warmte uit het passagierscompartiment en verdampt het in een gasvormige toestand in de verdamper. De damp wordt vervolgens uit de verdamper getrokken door een compressor, die de damp comprimeert om de druk te verhogen. De door de compressor gegenereerde stoom onder hoge druk en hoge temperatuur wordt vervolgens gekoeld door buitenlucht in de condensor en gecondenseerd tot vloeistof onder hoge druk. De vloeistof zet uit en decomprimeert in het expansieventiel voordat het de verdamper binnengaat. Het bovenstaande proces vormt een continue cyclus. Het verdampingsproces absorbeert warmte uit de omgevingslucht om een verkoelend effect te bereiken, en de koude lucht wordt via een ventilator in het passagierscompartiment geblazen.
2. Verwarmingsapparaat
Bij voertuigen met een verbrandingsmotor is het gemakkelijker om het voertuig te verwarmen dan te koelen. Het omzettingsrendement van de verbrandingsmotor is laag (ongeveer 30%) en genereert tijdens bedrijf meer warmte. Deze warmte stroomt via de koelvloeistof de verwarmingskern binnen en vervolgens kan via een eenvoudige bediening regelbare warme lucht via een ventilator de cabine in worden geblazen. , waardoor de temperatuur in de cabine constant blijft. Het proces is zeer economisch en eenvoudig en kan worden uitgevoerd zolang de verbrandingsmotor draait. Er is geen extra brandstof nodig en het brandstofverbruik zal niet toenemen. Maar voor elektrische voertuigen is verwarmen een relatief ingewikkelde operatie. Momenteel zijn de meer reguliere verwarmingsoplossingen PTC en warmtepompen.
PTC (Positive Temperature Coefficient, Positive Temperature Coefficient Resistor) is een typische halfgeleiderweerstand met positieve temperatuurgevoeligheid. Wanneer het wordt geactiveerd, zal het warmte genereren, die kan worden gebruikt voor het verwarmen van airconditioning. Wanneer de PTC voor het eerst wordt ingeschakeld, zal de weerstand ervan een langzaam afnemende trend vertonen naarmate de temperatuur stijgt, dat wil zeggen dat de calorische waarde bij kamertemperatuur laag is; wanneer de temperatuur de Curietemperatuur overschrijdt, zal de weerstandswaarde ervan afnemen met de temperatuur. De toename is een stapsgewijze toename en de werkelijke prestatie is dat deze automatisch stopt met werken. Als PTC-element voor verwarming kan de automatische constante temperatuurfunctie de noodzaak van een complex temperatuurregelcircuit elimineren. In elektrische voertuigen wordt de PTC rechtstreeks gevoed door het hoogspanningsaccupakket, waarna de verwarmingsstatus wordt geregeld door een eenvoudige PWM-schakelaar om een zeer eenvoudig en betrouwbaar verwarmingssysteem te realiseren.
Hoewel PTC de kenmerken heeft van een eenvoudige structuur, duurzame materialen en een goed verwarmingseffect, zorgt de systeemstructuur, die rechtstreeks wordt aangedreven door een hoogspanningsbatterijpakket, ervoor dat het verwarmingsproces het vaarbereik van elektrische voertuigen beïnvloedt. Uit onderzoek blijkt dat het gebruik van PTC de levensduur van de batterij van elektrische voertuigen met ongeveer 24% zal verkorten.
Een andere oplossing is een warmtepomp. Als type weerstandselement is de limiet van de COP (prestatiecoëfficiënt, verwarmingsefficiëntie) van PTC 100%, dat wil zeggen dat elektrische energie slechts maximaal in dezelfde hoeveelheid warmte-energie kan worden omgezet, terwijl een warmtepomp dat wel kan zijn. hoog als 300%. Het principe van een warmtepomp is vergelijkbaar met dat van een huishoudelijke airconditioner. Het koelmiddel stroomt bidirectioneel in de verdamper en condensor van de airconditioner via een vierwegklep, waardoor warmte-energie wordt overgedragen van een warmtebron op laag niveau naar een warmtebron op hoog niveau, waardoor het effect van verwarming of koeling wordt bereikt. Deze "warmteoverdracht" Vergeleken met de PTC-modus kan het niet-"warmtegenererende" proces aanzienlijke elektrische energie besparen, waardoor het vaarbereik van elektrische voertuigen effectief wordt vergroot en een belangrijke toepassingstrend van HVAC voor elektrische voertuigen wordt.
3. HMI
Als de motor de auto in beweging brengt, de auto leven geeft en de kofferbak van de auto is, dan geeft de HMI de auto wijsheid en gedachten, en is hij de ziel van de auto. Daarom worden HMI-systeemoplossingen altijd gewaardeerd door OEM's in de auto-industrie. OEM's moeten chauffeurs en passagiers veilige, flexibele en comfortabele navigatie- en entertainmentervaringen bieden. Tegelijkertijd is dit ook een belangrijke factor bij het vormgeven van productdifferentiatie. De afgelopen jaren, met de elektrificatie van auto's en de drang van grote fabrikanten van nieuwe elektrische auto's, heeft HMI zich geleidelijk ontwikkeld in de richting van centralisatie, screenisatie en intelligentie, vergelijkbaar met de ontwikkeling van smartphones. Vaak heeft HVAC niet langer een volledig onafhankelijke HMI-interface, maar wordt het gedeeld met andere functies.