تاریخچه توسعه وسایل نقلیه الکتریکیحرارتی
فناوری مدیریت
مدیریت حرارتی خودرو یکی از فناوریهای اصلی برای توسعه وسایل نقلیه الکتریکی است که شامل مدیریت چند هدفه مانند کنترل دمای و رطوبت کابین سرنشینان، کنترل دمای سیستم قدرت، ضد مه و مهزدایی شیشه و غیره است. با توجه به مدیریت حرارتی معماری سیستم و درجه یکپارچگی، توسعه مدیریت حرارتی وسایل نقلیه الکتریکی در سه مرحله خلاصه شده است، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. از خنک کننده منفرد همراه با گرمایش الکتریکی تا پمپ های حرارتی همراه با گرمایش کمکی الکتریکی تا اتصال تدریجی منطقه با دمای وسیع پمپ های حرارتی با مدیریت حرارتی خودرو، فناوری مدیریت حرارتی خودروهای الکتریکی به تدریج در جهتی بسیار یکپارچه و هوشمند در حال توسعه است و در محدوده دمایی گسترده، توانایی سازگاری محیطی تحت شرایط منطقه ای و شدید به تدریج بهبود می یابد.
Ⅰ گرمایش PTC مرحله اول
در مرحله اولیه صنعتی شدن وسایل نقلیه الکتریکی، آنها اساساً با جایگزینی سیستم های قدرت مانند باتری ها و موتورها به عنوان فناوری های اصلی توسعه یافتند. سیستمهای کمکی مانند تهویه مطبوع کابین، مهزدایی پنجرهها و کنترل دمای اجزای نیرو بر اساس فناوری مدیریت حرارتی خودروهای سوخترسان سنتی بودند. بر اساس بهبود تدریجی. هر دو سیستم تهویه مطبوع خودروهای الکتریکی خالص و تهویه مطبوع وسایل نقلیه سوختی از طریق چرخه فشرده سازی بخار عملکردهای تبرید را انجام می دهند. تفاوت بین این دو در این است که کمپرسور تهویه مطبوع وسایل نقلیه سوختی به طور غیرمستقیم توسط موتور از طریق یک تسمه به حرکت در میآید، در حالی که وسایل نقلیه الکتریکی خالص مستقیماً از کمپرسور درایو الکتریکی برای راهاندازی تبرید استفاده میکنند. چرخه هنگام گرم کردن یک وسیله نقلیه سوخت در زمستان، گرمای اتلاف موتور مستقیماً برای گرم کردن محفظه سرنشین بدون نیاز به منابع حرارتی اضافی استفاده می شود. با این حال، گرمای اتلاف موتور وسایل نقلیه الکتریکی خالص نمی تواند نیازهای گرمایشی را در زمستان تامین کند. بنابراین گرمایش زمستانی مشکلی است که خودروهای برقی خالص باید آن را حل کنند.
هنگامی که یک وسیله نقلیه الکتریکی به طور معمول کار می کند، باتری برق تخلیه می شود و گرما تولید می کند و باعث افزایش دما می شود و نیاز به خنک شدن باتری دارد. روش های خنک کننده باتری عمدتاً شامل خنک کننده هوا، خنک کننده مایع، خنک کننده مواد تغییر فاز و خنک کننده لوله حرارتی است. از آنجایی که خنک کننده هوا ساختار ساده، هزینه کم و نگهداری آسان دارد، به طور گسترده در وسایل نقلیه الکتریکی اولیه استفاده می شد. شکل اصلی مدیریت حرارتی در این مرحله این است که هر زیر سیستم مستقل نیازهای مدیریت حرارتی را برآورده می کند.
Ⅱمرحله دوم کاربرد فناوری پمپ حرارتی
در استفاده واقعی، وسایل نقلیه الکتریکی تقاضای انرژی بیشتری برای گرمایش در زمستان دارند. از نقطه نظر ترمودینامیکی، COP گرمایش PTC همیشه کمتر از 1 است، که باعث می شود مصرف برق گرمایش PTC بالا و میزان مصرف انرژی پایین باشد، که به طور جدی وسایل نقلیه الکتریکی را محدود می کند. مسافت پیموده شده فناوری پمپ حرارتی از چرخه فشرده سازی بخار برای استفاده از گرمای کم درجه در محیط استفاده می کند. COP نظری در هنگام گرمایش بیشتر از 1 است. بنابراین، استفاده از یک سیستم پمپ حرارتی به جای PTC میتواند محدوده حرکت خودروهای الکتریکی را در شرایط گرمایش افزایش دهد.
با این حال، در محیطهای با دمای پایین، ظرفیت گرمایشی سیستمهای پمپ حرارتی سنتی به شدت کاهش مییابد و نمیتواند نیازهای گرمایشی خودروهای الکتریکی را در محیطهای با دمای پایین برآورده کند. بخاری های اضافی برای گرمایش کمکی مورد نیاز است. بنابراین، روش گرمایش پمپ های حرارتی به علاوه گرمای کمکی PTC به یک روش گرمایش مهم برای وسایل نقلیه الکتریکی در محیط های با دمای پایین در زمستان تبدیل شده است. روش اصلی گرمایش کابین. با افزایش بیشتر ظرفیت و قدرت باتری های قدرت، بار حرارتی در حین کار باتری های برق نیز به تدریج افزایش می یابد. ساختار سنتی خنک کننده هوا نمی تواند نیازهای کنترل دمای باتری های قدرت را برآورده کند، بنابراین خنک کننده مایع به روش اصلی کنترل دمای باتری تبدیل شده است.
علاوه بر این، از آنجایی که دمای راحت مورد نیاز بدن انسان مشابه دمایی است که باتری برق در آن به طور معمول کار می کند، نیازهای خنک کننده محفظه سرنشین و باتری برق را می توان به ترتیب با اتصال مبدل های حرارتی به صورت موازی در گرمای کابین سرنشین برآورده کرد. سیستم پمپ. گرمای باتری برق به طور غیر مستقیم از طریق مبدل حرارتی و خنک کننده ثانویه گرفته می شود و درجه یکپارچگی کل سیستم مدیریت حرارتی خودروهای الکتریکی بهبود یافته است. اگرچه درجه یکپارچگی بهبود یافته است، سیستم مدیریت حرارتی در این مرحله فقط به طور مختصر یخچال باتری و تبرید محفظه سرنشین را ادغام می کند و گرمای اتلاف باتری و موتور به طور موثر مورد استفاده قرار نگرفته است.
Ⅲ توسعه فناوری یکپارچه برای پمپ حرارتی منطقه دمای وسیع و مدیریت حرارتی خودرو
تهویه مطبوع پمپ حرارتی سنتی دارای راندمان گرمایش پایین و ظرفیت گرمایش ناکافی در محیطهای با سرمای زیاد است که سناریوهای کاربردی خودروهای الکتریکی را محدود میکند. از این رو، مجموعه ای از روش ها برای بهبود عملکرد دستگاه های تهویه مطبوع پمپ حرارتی در شرایط دمای پایین توسعه و اعمال شده است. با افزودن منطقی مدار تبادل حرارتی ثانویه، در حالی که باتری نیرو و سیستم موتور خنک می شود، گرمای باقی مانده بازیافت می شود تا ظرفیت گرمایش وسایل نقلیه الکتریکی در شرایط دمای پایین افزایش یابد. نتایج تجربی نشان می دهد که ظرفیت گرمایش تهویه مطبوع پمپ حرارتی بازیابی حرارت زباله در مقایسه با تهویه مطبوع پمپ حرارتی سنتی به طور قابل توجهی افزایش یافته است.
با این حال، زمانی که دمای محیط کمتر و میزان بازیابی گرمای اتلاف کمتر است، بازیابی گرمای زباله به تنهایی نمی تواند تقاضای ظرفیت گرمایشی را در محیط های با دمای پایین برآورده کند. برای جبران کمبود ظرفیت گرمایشی در شرایط فوق، هنوز باید از بخاری های PTC استفاده شود. با این حال، با بهبود تدریجی ادغام مدیریت حرارتی ترامواها، می توان با افزایش معقول گرمای تولید شده توسط موتور، میزان بازیابی گرمای اتلاف را افزایش داد و در نتیجه ظرفیت گرمایش و COP سیستم پمپ حرارتی را افزایش داد و از استفاده اجتناب کرد. بخاری های PTC همچنین اشغال فضای سیستم مدیریت حرارتی را کاهش می دهد و در عین حال نیازهای گرمایشی وسایل نقلیه الکتریکی را در محیط های با دمای پایین برآورده می کند.
علاوه بر بازیافت گرمای هدر رفته از باتری ها و سیستم های موتور، استفاده از هوای برگشتی نیز راهی برای کاهش مصرف انرژی سیستم های مدیریت حرارتی در شرایط دمای پایین است. نتایج تحقیقات نشان میدهد که در محیطهای با دمای پایین، اقدامات معقول استفاده از هوای برگشتی میتواند از مهگرفتگی و یخ زدگی شیشههای خودرو جلوگیری کند و در عین حال انرژی گرمایشی مورد نیاز خودروهای الکتریکی را تا ۴۶% تا ۶۲% کاهش دهد و مصرف انرژی گرمایشی را تا حدود ۴۰% کاهش دهد. اکثر. . Nippon Denso همچنین یک ساختار دو لایه هوای برگشتی/هوای تازه مربوطه را توسعه داده است که می تواند از مه گرفتگی جلوگیری کند و اتلاف حرارت ناشی از تهویه را تا 30 درصد کاهش دهد. در این مرحله، سازگاری محیطی مدیریت حرارتی خودروهای الکتریکی در شرایط شدید به تدریج در حال بهبود است و در جهت یکپارچگی و سبز شدن در حال توسعه است.
به منظور بهبود بیشتر راندمان مدیریت حرارتی باتری در شرایط توان بالا و کاهش پیچیدگی مدیریت حرارتی، روش کنترل دمای باتری خنک کننده مستقیم و گرمایش مستقیم که مبرد را مستقیماً برای تبادل حرارت به بسته باتری می فرستد نیز جریان دارد. راه حل فنی پیکربندی مدیریت حرارتی تبادل حرارت مستقیم بین بسته باتری و مبرد در شکل 5 نشان داده شده است. فناوری خنک کننده مستقیم می تواند راندمان تبادل حرارت و انتقال حرارت را بهبود بخشد، به توزیع یکنواخت تر دما در داخل باتری دست یابد، حلقه های ثانویه را کاهش دهد و ضایعات سیستم را افزایش دهد. بازیابی گرما، در نتیجه عملکرد کنترل دمای باتری را بهبود می بخشد. با این حال، از آنجایی که فناوری تبادل حرارت مستقیم بین باتری و مبرد به سیستم پمپ حرارتی برای افزایش گرمای خنک کننده نیاز دارد، از یک طرف، کنترل دمای باتری توسط شروع و توقف سیستم تهویه مطبوع پمپ حرارتی محدود می شود. تأثیر خاصی بر عملکرد حلقه مبرد دارد. همچنین استفاده از منابع سرمای طبیعی را در فصول انتقال محدود می کند، بنابراین این فناوری هنوز به بهبود تحقیقات بیشتر و ارزیابی کاربرد نیاز دارد.
