Onderzoeksvoortgang van het thermisch beheer van elektrische voertuigen
systeemintegratietechnologie
Inleiding tot het thermische beheersysteem
Het thermische beheersysteem van elektrische voertuigen is geëvolueerd van het thermische beheersysteem van traditionele brandstofvoertuigen, en de systeemconfiguratie heeft zich ook geleidelijk ontwikkeld van de relatieve onafhankelijkheid van elke thermische beheerslus naar de richting van integratie. Omdat er geen restwarmte van de motor hoeft te worden gebruikt, is er extra apparatuur nodig om een warmtebron te leveren bij het verwarmen van het passagierscompartiment. Momenteel omvatten veelgebruikte verwarmingsmethoden in elektrische voertuigen een positieve temperatuurcoëfficiënt (positieve temperatuurcoëfficiënt, PTC), elektrische verwarming en airconditioning met warmtepomp.
Enkelvoudige koelairconditioner + PTC
De weerstand van de thermistor in de elektrische PTC-verwarmer zal toenemen naarmate de temperatuur stijgt, wat resulteert in een afname van het verwarmingsvermogen. Daarom heeft de PTC-thermistor constante temperatuurkarakteristieken. Vanwege de eenvoudige samenstelling en lage prijs van het PTC-verwarmingssysteem, vroege PTC-verwarmingssystemen. De meeste elektrische voertuigen maken gebruik van airconditioning met enkelvoudige koeling en elektrische PTC-verwarming om aan de koel- en verwarmingsbehoeften van het passagierscompartiment te voldoen.
Tijdens het koelen in de zomer wordt de in het luchtkanaal aangebrachte verdamper gebruikt om warmte te absorberen om het koeldoel te bereiken. Er zijn twee opties voor verwarming. Eén daarvan is om de lucht-PTC rechtstreeks in het luchtkanaal van de airconditioningbox te plaatsen. Wanneer er behoefte is aan verwarming, wordt de PTC bekrachtigd om de lucht te verwarmen. De lucht in het kanaal wordt in het passagierscompartiment gebracht; een ander type gebruikt water-PTC om het secundaire koelmiddel te verwarmen, en het secundaire koelmiddel stroomt in de warme luchtkern die in het luchtkanaal is aangebracht om de lucht in het luchtkanaal indirect te verwarmen om aan de verwarmingsvraag te voldoen.
Warmtepompairconditioner+PTC
Omdat PTC elektrische verwarming gebruikt voor verwarming, is het verwarmingsrendement minder dan 1, dus deze verwarmingsmethode kan het vaarbereik van elektrische voertuigen met 50% verminderen. Het theoretische rendement van warmtepompen is groter dan 1, dus het gebruik van warmtepompen ter vervanging van PTC-verwarming is een ontwikkelingstrend geworden. ｡De onderzoeksresultaten van ZHANG et al. [18] laten zien dat het warmtepompsysteem 41,3% energie kan besparen vergeleken met het PTC-verwarmingssysteem. Omdat de meeste elektrische voertuigen momenteel R134a als werkvloeistof gebruiken, neemt het rendement en de betrouwbaarheid van het warmtepompsysteem af als de omgevingstemperatuur lager is dan −10 graden, zodat er nog steeds een elektrische PTC-verwarming nodig is voor de aanvullende verwarming.
Het airconditioningsysteem met warmtepomp realiseert de schakeling van systeemkoeling, verwarming, ontvochtiging, ontdooiing en andere modi via de schakelaar van het kleplichaam. De vierwegomkeerklep wordt veel gebruikt op het gebied van huishoudelijke airconditioning en de toepassing ervan in het warmtepomp-airconditioningsysteem van elektrische voertuigen kan een goede oplossing zijn voor het probleem van het omkeren van koelmiddel tijdens het koelen en verwarmen van het systeem. Deze systeemoplossing heeft minder onderdelen, een eenvoudige structuur en lagere kosten. De vierwegomkeerklep heeft echter een moeilijk koper-aluminium lasproces en is gemakkelijk gecorrodeerd. Hoge en lage druk Er zijn defecten zoals luchtblazen aan de zijkant, wat de systeemprestaties beïnvloedt. Airconditioningsystemen met warmtepompen voor personenauto's maken meestal gebruik van een oplossing met drie warmtewisselaars, bestaande uit één warmtewisselaar buiten en twee warmtewisselaars binnen, en de modusomschakeling wordt uitgevoerd via meerdere magneetkleppen.
Een airconditioningsysteem met warmtepomp dat gebruik maakt van koelmiddel R134a kan het passagierscompartiment snel verwarmen als de omgevingstemperatuur hoger is dan 0 graad. Wanneer echter bij een lagere temperatuur wordt gewerkt, wordt door de afname van de massastroom van het koelmiddel het warmteabsorptievermogen van de verdamping verzwakt; tegelijkertijd neemt de zuigdruk af. neemt de drukverhouding van de compressor toe, wat resulteert in een verminderde efficiëntie en verminderde systeemprestaties. Uit onderzoek is gebleken dat bij een omgevingstemperatuur van -10 graden de verwarmingscapaciteit van het warmtepomp-airconditioningsysteem dat gebruik maakt van R134a-koelmiddel ernstig is afgenomen tot het punt dat het niet meer aan de verwarmingsvraag van de cabine kan voldoen. Op dit moment moet de elektrische PTC-verwarmer worden gebruikt om het koelmiddel te verwarmen om aan de verwarmingsbehoeften van het systeem te voldoen. Wang Ying et al. gebruikte experimentele methoden om de bedrijfskarakteristieken van de vierwegklep en drie warmtewisselaarsystemen te vergelijken. Uit de onderzoeksresultaten blijkt dat het systeem met drie warmtewisselaars beter ontdooit. ､Het heeft meer voordelen bij ontvochtiging en de energie-efficiëntie van het vierwegklepsysteem is 7% ~ 15% hoger dan die van het systeem met drie warmtewisselaars.
Airconditioner met warmtepomp + terugwinning van restwarmte + PTC
Ons land heeft een uitgestrekt grondgebied en bestrijkt een grote temperatuurzone, dus het is noodzakelijk om het temperatuurbereik dat door warmtepomp-airconditioners wordt gebruikt, uit te breiden. De restwarmte van motoren en accu’s is in de winter een waardevolle warmtebron. Veel fabrikanten en wetenschappelijke onderzoeksinstellingen overwegen het recyclen van dit deel van de warmte als hulpwarmtebron om het toepassingsgebied van warmtepomp-airconditioners uit te breiden.
Het systeem kan functies realiseren zoals het koelen, verwarmen, ontdooien, ontwasemen en ontvochtigen van het passagierscompartiment. Het kan ook de accu en de aandrijfmotor verwarmen of koelen. Bovendien kan het ook restwarmte van de accu en de aandrijfmotor terugwinnen. Het werkingsprincipe van het systeem is als volgt: De functies koelen, verwarmen, ontvochtigen, ontdooien en ontwasemen van het passagierscompartiment worden gerealiseerd door de schakelcombinatie van de magneetklep van het koelmiddelcircuit; een batterijkoeler (Chiller), parallel aangesloten op de verdamper, wordt toegevoegd aan het koelmiddelcircuit. Wanneer de accu of de driver Wanneer de motor koeling nodig heeft, stroomt het koelmiddel door het secundaire koelmiddel van het secundaire koelcircuit van de koelmachine; wanneer de accu of de aandrijfmotor geen grote behoefte aan warmteafvoer hebben, kan de stand van de driewegklep worden omgeschakeld om de stroom van het secundaire koelmiddel te regelen om warmte door de lage temperatuur over te dragen. De radiator wordt naar de buitenkant afgevoerd het voertuig om de accu of aandrijfmotor af te koelen; wanneer de batterij moet worden verwarmd, activeert de PTC de verwarming en realiseert de verwarmingsfunctie door de aanpassing van de driewegklep aan de koelmiddelzijde; wanneer de omgevingstemperatuur laag is, de warmtepomp Wanneer de airconditioner niet kan worden gebruikt en de accu of aandrijfmotor warmteafvoer nodig heeft, absorbeert het secundaire koelmiddel de warmte die moet worden afgevoerd aan de accu- of aandrijfmotorzijde. Het stroomt door de koelmachine via de driewegklep en wisselt de warmte uit naar de koelmiddelzijde om het passagierscompartiment te verwarmen. Het bedrijfstemperatuurbereik van het systeem wordt vergroot en de energie-efficiëntie van het systeem wordt verbeterd.
