Thermisch beheersysteem met warmtepomp voor elektrische voertuigen
Schematisch diagram van traditioneel airconditioningsysteem voor auto's
In traditionele airconditioningsystemen voor auto's kan koelmiddel in vier hoofdtoestanden worden aangetroffen: gas onder hoge druk, vloeistof onder hoge druk, vloeistof onder lage druk en gas onder lage druk. De vier belangrijkste componenten die deze vier toestanden met elkaar verbinden zijn de compressor, de condensor, het expansieventiel en de verdamper. De compressor comprimeert het koelmiddel in de pijpleiding. Het koudemiddel condenseert van gas naar vloeistof in de condensor aan de voorzijde van de motorruimte. Bij dit proces komt warmte vrij. Nadat het door het expansieventiel is gegaan, neemt de druk van het vloeibare koelmiddel plotseling af. Uiteindelijk verdampt het in de verdamper in de cabine en absorbeert het veel warmte. Hierdoor wordt het verkoelende effect in de cabine bereikt. Het koelmiddel in de hier genoemde pijpleiding, ook wel koelmiddel genoemd, heeft de kenmerken van gemakkelijke verdamping en vloeibaarmaking om de warmteoverdracht te vergemakkelijken. Het vroegste veelgebruikte koelmiddel was Freon. Later, als gevolg van de schade van Freon aan de ozonlaag, werd het geleidelijk vervangen door tetrafluorethaan met de merknaam R134A in airconditioningtoepassingen in auto's. Door de verdere nadruk op milieubescherming hebben koelmiddelen zich de laatste tijd geleidelijk ontwikkeld tot koelmiddelen met kooldioxide.
Hoe het thermisch beheer van een warmtepomp werkt
De belangrijkste reden voor de introductie van een warmtepompsysteem is dat puur elektrische voertuigen of plug-in hybride voertuigen die puur elektrisch rijden ondersteunen, de motor niet langer kunnen gebruiken als stabiele warmtebron voor verwarming. Daarom werd vóór de introductie van het warmtepompsysteem de verwarmingsfunctie van het airconditioningsysteem van elektrische voertuigen voornamelijk voltooid door elektrische verwarmingselementen, ook wel weerstands-PTC-verwarmers (Positive Temperature Coefficient) genoemd. En u moet weten dat de warmte die wordt verkregen door directe elektrische verwarming het vermogen van de batterij en de actieradius aanzienlijk zal verminderen. Volgens statistieken wordt bij het rijden in de winter en het inschakelen van de verwarmingsfunctie van de airconditioning op basis van elektrische verwarming bijna de helft van de elektriciteit gebruikt voor verwarming. Slechts de helft van het vermogen blijft over voor het rijden. Het gebruik van een warmtepompsysteem voor verwarming zal het aantal kilometers aanzienlijk verhogen.
Koelmodus van het thermisch beheersysteem van de warmtepomp
In feite is er in het thermische beheersysteem van de warmtepomp, hoewel het wordt geregeld door meerdere pompen en kleppen, geen onderdeel dat de warmtepomp HeatPump wordt genoemd. Het wordt een warmtepomp genoemd omdat het warmtepompsysteem kenmerken heeft die vergelijkbaar zijn met die van een waterpomp bij het verplaatsen van water van een lage plaats naar een hoge plaats. Het gehele warmtepompsysteem kan warmte verplaatsen van een plek met een lage temperatuur naar een plek met een hoge temperatuur. In de zomer zorgt het warmtepompsysteem bijvoorbeeld niet voor de lage temperatuur buiten de auto. Integendeel, het verplaatst de warmte in de auto naar buiten. Waardoor het verkoelende effect wordt bereikt.
Verwarmingsmodus van het thermisch beheersysteem van de warmtepomp
Dienovereenkomstig stuurt het warmtepompsysteem tijdens het verwarmen in de winter warmte van buiten de auto naar de binnenkant van de auto. Dan wil je misschien nog een keer vragen: kan er warmte naar binnen worden getransporteerd, ook al is het buiten de auto tientallen graden onder nul? Zoals eerder vermeld is er zelfs bij temperaturen van tientallen graden onder nul nog sprake van hitte. Warmte kan getransporteerd worden
Dus hoe kan het warmtepompsysteem worden toegepast op het airconditioningsysteem van auto's?
Eerst wordt warmte uit de omgeving naar het warmtepompsysteem getrokken. Ten tweede wordt de warmte gecomprimeerd en verwarmd. Vervolgens wordt de warmte gebruikt om de koude lucht in de cabine te verwarmen en warm te maken. De verwarmde lucht wordt naar de cabine gestuurd en de warmte na decompressie wordt omgezet in warmte op lage temperatuur en buiten het voertuig afgevoerd. Het warmtepompsysteem moet rekening houden met zowel verwarmings- als koelingsomstandigheden. Wanneer de afsluiters SV1 en SV4 worden afgesloten en SV5 wordt ingeschakeld, werkt het systeem in de verwarmingsmodus. De verdamper in de auto in de koelmodus wordt in de verwarmingsmodus gebruikt als condensor om samen met de hete condensor warmte voor het interieur te leveren. In de verwarmingsmodus kan het thermische beheersysteem van de warmtepomp ook de restwarmte van de motor, de elektronische regeling en de oplader in de blauwe koelmiddelleiding via de warmtewisselaar overbrengen naar de rode koelmiddel-airconditioningleiding, om warmte voor de cabine te leveren. Wanneer de afsluiters SV1 en SV4 zijn ingeschakeld en SV5 is uitgeschakeld, werkt het systeem in de koelmodus en wordt de overeenkomstige buitencondensor in de koelmodus gebruikt als verdamper in de verwarmingsmodus.
