راه حل گرمایش برای وسایل نقلیه الکتریکی خالص

راه حل گرمایش برای وسایل نقلیه الکتریکی خالص

حفظ انرژی و حفاظت از محیط زیست موضوع رایجی است که امروزه جهان از آن حمایت می‌کند و خودروهای الکتریکی خالص به روندی اجتناب‌ناپذیر در توسعه صنعت خودرو در آینده تبدیل خواهند شد. به عنوان یک وسیله حمل و نقل راحت، راحتی سواری خودرو نیز یک عامل کلیدی است. خودروهای الکتریکی خالص موتور را خنثی می کنند و گرمای اتلاف خنک کننده موتور را به عنوان منبع گرما ندارند. این یک چالش بزرگ برای گرمایش کابین خودروهای الکتریکی خالص است و همچنین فرصت‌های توسعه برای سایر روش‌های گرمایش را به ارمغان می‌آورد. در حال حاضر گرمایش سوخت، گرمایش برقی و گرمایش پمپ حرارتی را می توان برای حل مشکل گرمایش کابین خودروهای برقی خالص در نظر گرفت.

اکثر روش های گرمایش الکتریکی از گرمایش PTC استفاده می کنند. PTC مخفف PositiveTemperature Coefficient است که به معنای ضریب دمایی مثبت است و به طور کلی به مواد نیمه هادی یا اجزایی با ضریب دمایی مثبت بزرگ اطلاق می شود. معمولا PTC که به آن اشاره می کنیم به ترمیستور ضریب دمای مثبت یا به اختصار ترمیستور PTC اشاره دارد. ترمیستور PTC یک مقاومت نیمه هادی معمولی حساس به دما است. هنگامی که از یک دمای معین (دمای کوری) فراتر می رود، با افزایش دما، مقدار مقاومت آن به شدت افزایش می یابد. یعنی قدرت بخاری PTC به طور ناگهانی به حداقل مقدار کاهش می یابد و باعث می شود دما به زیر دمای کوری خود بازگردد. به دلیل این ویژگی، بخاری های PTC دارای مزایای گرمایش با دمای ثابت، بدون شعله باز و عمر طولانی هستند.

گرمایش هوا با ولتاژ پایین

یک پمپ آب، لوله آب، شیر سه طرفه، هسته بخاری، موتور و مخزن آب رادیاتور به موتورخانه اضافه می شود تا یک سیستم گردش آب بسته ایجاد شود و یک بخاری هوای ولتاژ پایین به ساختار HVAC اضافه می شود. هنگامی که کلید گرمایش کنترل کننده کولر گازی روشن می شود، شیر سه طرفه B جهت مایع خنک کننده را تغییر می دهد تا مایع خنک کننده از هسته بخاری عبور کند. با توجه به دمای کنترل سنسور دمای داخلی خودرو، دمای داخلی خودرو، دمای باز شدن پمپ آب و کنترل دمای شیر سه طرفه A و دمای خنک کننده برای کنترل وضعیت کار PTC و هسته بخاری. هنگامی که کلید گرمایش کنترل کننده کولر گازی خاموش می شود، شیر سه طرفه B دوباره جهت مایع خنک کننده را تغییر می دهد تا مایع خنک کننده از هسته بخاری عبور نکند.

مزایای
از آنجایی که هسته بخاری از گرمای تلف شده خنک کننده استفاده می کند، می تواند در خروجی برق بخاری هوای ولتاژ پایین صرفه جویی کند و بخشی از عملکرد خنک کننده موتور را به اشتراک بگذارد و توان خروجی مخزن آب رادیاتور را کاهش دهد.

معایب

1) مقدار اصلاح قطعات به ارث رسیده نسبتا زیاد است و هزینه اصلاح بالا است.

2) استفاده از بخاری هوای ولتاژ پایین نیاز به مقدار مشخصی فضای اصلاح در قسمت پایین بخاری اصلی تهویه مطبوع خودرو دارد. با این حال، اضافه کردن یک دستگاه گرمایش کمکی PTC باعث تغییراتی در پوشش مجموعه دمنده بخاری می شود. اگر می خواهید یک دستگاه کمکی PTC را زیر هسته گرمایش اضافه کنید، کانال هوا و مجرای دمنده پا در قسمت پایین بدنه باید به سمت پایین حرکت کنند.

3) مدار کنترل باید دوباره عوض شود و اجزای کنترل و چند خط لوله اضافه شود تا کنترلر بتواند پمپ آب و شیر سه طرفه را کنترل کند. کنترل پیچیده است و هزینه آن بسیار افزایش می یابد.

4) PTC در کابین خلبان چیده شده است که خطرات ایمنی خاصی را به همراه دارد.

گرمایش هوا با ولتاژ بالا

لوله های اصلی ورودی و خروجی خودرو و هسته بخاری را بردارید، هسته بخاری را با یک PTC گرمکن هوا با همان اندازه و روش نصب هسته اصلی بخاری خودرو جایگزین کنید، سپس مدارهای کنترل مربوطه را تغییر دهید و اندازه هسته PTC را عایق بندی کنید.

مزایای

1) هیچ تغییری در ساختار HVAC لازم نیست.

2) بر خلاف بخاری های گرمایش هوای ولتاژ پایین، که توسط عوامل بسیاری مانند ظرفیت خروجی توان محدود می شوند، بخاری های گرمایش هوا با ولتاژ بالا می توانند توان خروجی بسیار قوی و گرمایش با راندمان بالا را ارائه دهند.

3) با گرم کردن مستقیم هوا، دمای اتاق رانندگی به سرعت افزایش می یابد.

معایب

1) برای اینکه سیستم تهویه مطبوع و گرمایش مقررات یخ زدایی و یخ زدایی و الزامات گرمایش را برآورده کند، قدرت گرمایش PTC باید حداقل 3000 وات یا بیشتر باشد. این نیرو در مقایسه با ظرفیت کل باتری مصرف کننده بسیار بزرگی است که به طور جدی بر محدوده رانندگی خودروهای الکتریکی خالص تأثیر می گذارد.

2) PTC های با قدرت گرمایش بیش از 3 000 W در HVAC چیده شده اند که ممکن است خطرات ایمنی ایجاد کند. محدوده ولتاژ کاری PTC گرمایش هوای ولتاژ بالا معمولاً 250 تا 450 ولت (DC) است و باید اقدامات عایق ولتاژ بالا انجام شود. EN60335 مستلزم آن است که سطح عایق محصولات فشار قوی باید بزرگتر یا مساوی با 2 000 V باشد. هنگام طراحی محصولات، لازم است اقدامات ایمنی عایق چند لایه در نظر گرفته شود (شکل 8) که به شدت افزایش می یابد. قیمت تمام شده خود محصول و کاربرد محصول را دشوار می کند.

3) بخاری گرمایش هوا با ولتاژ بالا در HVAC مرتب شده است. اقدامات عایق برای بخاری گرمایش هوا با ولتاژ بالا مورد نیاز است. در غیر این صورت، هنگامی که دمای بخاری گرمایش هوا با ولتاژ بالا بالا باشد، پوسته HVAC بو تولید می کند و بر کیفیت هوای کابین تأثیر می گذارد.

گرمایش آب با ولتاژ بالا

یک بخاری آب گرمکن فشار قوی، مخزن آب، پمپ آب و لوله های آب به موتورخانه اضافه می شود تا یک سیستم گردش آب بسته با هسته اصلی بخاری خودرو ایجاد شود.

مزایای

1) دستگاه های ولتاژ بالا در موتورخانه چیده شده اند تا ایمنی ولتاژ بالا را تضمین کنند و ضمن اطمینان از عملکرد آن، راه حلی بهینه با بالاترین درجه ایمنی ارائه دهند.

2) گرمایش آب، بدون بو در هنگام کار.

3) هیچ تغییری در ساختار HVAC لازم نیست.

4) هنگامی که قدرت باتری به دلیل بازیابی انرژی ترمز یا عوامل دیگر بیش از حد باشد، آبگرمکن فشار قوی می تواند انرژی الکتریکی اضافی را به انرژی گرمایی تبدیل کرده و آن را در سیستم گردش آب ذخیره کند تا از خطر ناشی از شارژ بیش از حد باتری جلوگیری کند.

5) برخلاف سیستم 12 ولت که دارای محدودیت های زیادی در قابلیت های خروجی برق است، سیستم های ولتاژ بالا می توانند توان خروجی بسیار قوی و قابلیت گرمایش با راندمان بالا را ارائه دهند.

6) در یک سیستم تهویه مطبوع صرفاً الکترونیکی، قدرت تحت تأثیر عوامل دیگر قرار نمی گیرد، اما به راحتی توسط سیستم مدیریت دما تنظیم می شود و امکان کنترل دقیق دمای داخلی را فراهم می کند.

معایب

1) ساختار پیچیده است و بسیاری از قطعات اضافی اضافه شده است که برای چیدمان موتورخانه مشکل ایجاد می کند.

2) سرعت گرمایش آب کند است.

3) توان الکتریکی بخاری PTC گرمایش آب حدود 5.5 کیلو وات است. این نیرو در مقایسه با ظرفیت کل باتری، مصرف بسیار زیادی دارد که به طور جدی برد رانندگی خودروهای برقی را تحت تاثیر قرار می دهد.