معرفی سیستم مدیریت حرارتی
سیستم مدیریت حرارتی وسایل نقلیه الکتریکی از سیستم مدیریت حرارتی خودروهای سوخت سنتی تکامل یافته است، و پیکربندی سیستم نیز به تدریج از استقلال نسبی هر مدار مدیریت حرارتی به جهت یکپارچه سازی توسعه یافته است. از آنجایی که هیچ گرمای اتلاف موتوری برای استفاده وجود ندارد، تجهیزات اضافی لازم است تا منبع گرمایی برای گرم کردن محفظه سرنشین فراهم شود. در حال حاضر، روش های گرمایش رایج برای وسایل نقلیه الکتریکی شامل گرمایش بخاری برقی با ضریب دمای مثبت (PTC) و گرمایش تهویه مطبوع پمپ حرارتی است.
1. کولر گازی خنک کننده تک + PTC
مقاومت ترمیستور در بخاری برقی PTC با افزایش دما افزایش می یابد و در نتیجه قدرت گرمایش کاهش می یابد، بنابراین ترمیستور PTC دارای مشخصه دمای ثابت است. با توجه به ترکیب ساده و قیمت پایین سیستم گرمایش PTC، اکثر خودروهای برقی اولیه از خنک کننده تهویه مطبوع تک خنک کننده و گرمایش بخاری برقی PTC برای رفع نیازهای سرمایشی و گرمایشی محفظه سرنشین استفاده می کنند. شکل 1 نمودار سیستم تهویه مطبوع خنک کننده تک + PTC است. در سرمایش تابستانی از اواپراتور چیده شده در مجرای هوا برای جذب گرما برای رسیدن به هدف خنک سازی استفاده می شود. دو راه حل برای گرمایش وجود دارد. یکی این است که PTC هوا را به طور مستقیم در کانال هوای جعبه تهویه مطبوع مطابق شکل 1 (الف) مرتب کنید. هنگامی که نیاز به گرمایش وجود دارد، PTC برای گرم کردن هوا در مجرای هوا و عبور آن به محفظه سرنشین انرژی می گیرد. دیگری گرم کردن مبرد توسط PTC آب همانطور که در شکل 1 (ب) نشان داده شده است، و مبرد به داخل هسته هوای گرم که در مجرای هوا چیده شده است جریان می یابد تا به طور غیرمستقیم هوا را در مجرای هوا گرم کند تا نیاز گرمایشی را برآورده کند.
2. تهویه مطبوع پمپ حرارتی + PTC
از آنجایی که PTC از گرمایش الکتریکی برای گرم کردن استفاده می کند، راندمان گرمایش کمتر از 1 است، بنابراین این روش گرمایش می تواند برد رانندگی خودروهای الکتریکی را تا 50٪ کاهش دهد. بازده نظری پمپ های حرارتی بیشتر از 1 است و استفاده از پمپ های حرارتی به جای گرمایش PTC به یک روند توسعه تبدیل شده است. نتایج تحقیق ZHANG و همکاران. نشان می دهد که سیستم های پمپ حرارتی می توانند 41.3 درصد انرژی را در مقایسه با سیستم های بخاری PTC ذخیره کنند. از آنجایی که اکثر وسایل نقلیه الکتریکی در حال حاضر از R134a به عنوان سیال کار استفاده می کنند، زمانی که دمای محیط کمتر از -10 درجه باشد، راندمان و قابلیت اطمینان سیستم پمپ حرارتی کاهش می یابد، بنابراین بخاری های برقی PTC هنوز برای گرمایش کمکی مورد نیاز هستند.
شکل 2 یک سیستم تهویه مطبوع پمپ حرارتی + PTC را با استفاده از یک شیر معکوس چهار طرفه الکترومغناطیسی و یک مبدل حرارتی سهگانه نشان میدهد. سیستم تهویه مطبوع پمپ حرارتی از طریق سوئیچ بدنه شیر بین حالت های سرمایش، گرمایش، رطوبت زدایی و یخ زدایی سیستم سوئیچ می کند. شیر معکوس چهار طرفه به طور گسترده در زمینه تهویه مطبوع خانگی استفاده شده است. همانطور که در شکل 2 (الف) نشان داده شده است، اعمال آن بر روی سیستم تهویه مطبوع پمپ حرارتی خودروی برقی می تواند به خوبی مشکل برگشت مبرد را در حین سرمایش و گرمایش سیستم حل کند. راه حل سیستم دارای اجزای کم، ساختار ساده و هزینه کم است. با این حال، فرآیند جوشکاری مس-آلومینیوم شیر معکوس چهار طرفه دشوار است و خوردگی آن بسیار آسان است. دمیدن گاز در دو طرف فشار بالا و پایین وجود دارد که بر عملکرد سیستم تأثیر می گذارد. سیستم تهویه مطبوع پمپ حرارتی خودروهای سواری معمولاً از یک راه حل مبدل سه حرارتی با یک مبدل حرارتی در فضای باز و دو مبدل حرارتی داخلی استفاده می کند و حالت از طریق چندین شیر برقی تغییر می کند، همانطور که در شکل 2 (ب) نشان داده شده است.
3. تهویه مطبوع پمپ حرارتی + بازیابی گرمای زباله + PTC
کشور من دارای قلمرو وسیع و دامنه دمایی گسترده است، بنابراین لازم است محدوده دمایی کولر گازی پمپ حرارتی را گسترش دهیم. گرمای اتلاف موتورها و باتری ها منبع گرمایی با ارزش در زمستان است. بسیاری از تولیدکنندگان و مؤسسات تحقیقاتی بازیافت این بخش از گرما را به عنوان منبع گرمای کمکی برای گسترش استفاده از تهویه مطبوع پمپ حرارتی در نظر می گیرند.
شکل 3 نموداری از یک سیستم مدیریت حرارتی خودروی الکتریکی با استفاده از تهویه مطبوع پمپ حرارتی + بازیافت گرمای زباله + PTC است. این سیستم می تواند عملکردهایی مانند خنک کننده محفظه سرنشین، گرمایش، یخ زدایی، مه زدایی و رطوبت زدایی را انجام دهد. در عین حال، می تواند باتری و موتور محرک را گرم یا خنک کند و همچنین می تواند بازیابی گرمای اتلاف باتری و موتور محرک را درک کند. اصل کار سیستم به شرح زیر است: عملکردهای خنک کننده، گرمایش، رطوبت زدایی، یخ زدایی و مه زدایی محفظه مسافر از طریق ترکیب سوئیچ شیر برقی مدار مبرد انجام می شود. یک خنک کننده باتری (چیلر) متصل به موازات اواپراتور به مدار مبرد اضافه می شود. هنگامی که باتری یا موتور محرک نیاز به خنک کننده دارد، مبرد از طریق چیلر جریان می یابد تا خنک کننده را در مدار ثانویه خنک کند. هنگامی که باتری یا موتور محرک تقاضای اتلاف حرارت زیادی ندارد، جهت جریان مایع خنک کننده را می توان با تغییر وضعیت سوپاپ سه طرفه کنترل کرد و گرما را می توان از طریق پایین به خارج از خودرو تخلیه کرد. - رادیاتور دما برای رسیدن به خنک کننده باتری یا موتور محرک؛ هنگامی که باتری نیاز به گرمایش دارد، PTC برای گرم کردن انرژی مییابد و عملکرد گرمایش با تنظیم شیر سه طرفه در سمت خنککننده به دست میآید. هنگامی که دمای محیط پایین است، تهویه مطبوع پمپ حرارتی قابل استفاده نیست و باتری یا موتور محرک تقاضای اتلاف گرما دارد، مایع خنککننده گرمایی را که باید در سمت باتری یا موتور درایو دفع شود، جذب میکند و از طریق چیلر جریان مییابد. سوپاپ سه طرفه، و گرما را به سمت مبرد مبادله می کند تا محفظه سرنشین را گرم کند، محدوده دمای عملیاتی سیستم را گسترش داده و بازده انرژی سیستم را بهبود می بخشد.
