توسعه تهویه مطبوع خودرو تحت روند برق رسانی
تحت موج الکتریکی سازی و هوشمندسازی وسایل نقلیه، وسایل نقلیه الکتریکی به سرعت توسعه یافته اند. فروش خودروهای الکتریکی در چند سال گذشته به سرعت رشد کرده است، اما "اضطراب محدوده" و "اضطراب ایمنی" هنوز توسط بسیاری از مصرف کنندگان مشکل است. مشکل محدوده کروز به ویژه در دماهای پایین آشکار است. هنگامی که یک وسیله نقلیه الکتریکی در دماهای پایین رانده می شود، به دلیل استفاده از تهویه مطبوع بخاری و کاهش عملکرد باتری، قابلیت کروز خودرو ممکن است بیش از 40٪ کاهش یابد. از منظر ایمنی، باتری و مدیریت حرارتی وسایل برقی در خودرو نیز اهمیت ویژه ای دارد. حل این مشکلات به یک سیستم مدیریت حرارتی خودرو با عملکرد بالاتر نیاز دارد. به عبارت ساده، سیستم مدیریت حرارتی خودرو عمدتاً شامل قطعات مرتبط مانند HVAC، مدیریت حرارتی باتری، کنترل الکترونیکی موتور و مدیریت حرارتی لوازم الکتریکی پرقدرت است.
در میان آنها، HVAC خودرو (گرمایش، تهویه، و تهویه مطبوع، HVAC) به سیستم یا تجهیزات مرتبط مسئول گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع در خودرو اشاره دارد. به طور خاص، HVAC عمدتا به اجزای مرتبط مانند دستگاه های تبرید، دستگاه های گرمایشی و رابط ماشین انسانی (HMI) تقسیم می شود.
در مرحله بعد، ما به ترتیب به دستگاه های تبرید، دستگاه گرمایش و HMI در HVAC نگاه خواهیم کرد و بر راه حل های فنی و روند توسعه HVAC برای وسایل نقلیه الکتریکی تمرکز خواهیم کرد.
1. دستگاه تبرید
دستگاه تبرید تهویه مطبوع خودرو مشابه تهویه مطبوع معمولی ما است که از چرخه حالت فشرده سازی، تراکم، انبساط و تبخیر مبرد برای دستیابی به کنترل دما استفاده می کند. انتقال حرارت در درجه اول از طریق تغییر در حالت مبرد اتفاق می افتد. اجزای اصلی یک واحد تبرید که وظایف فوق را بر عهده دارند عبارتند از کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط، گیرنده/خشک کن و اواپراتور.
همانطور که در شکل نشان داده شده است، مبرد مایع گرما را از محفظه سرنشین جذب کرده و در اواپراتور به حالت گاز تبخیر می شود. سپس بخار توسط یک کمپرسور از اواپراتور خارج می شود که بخار را فشرده می کند تا فشار آن افزایش یابد. بخار پر فشار و دمای بالا تولید شده توسط کمپرسور سپس توسط هوای بیرون در کندانسور خنک شده و به مایع پرفشار متراکم می شود. مایع قبل از ورود به اواپراتور در شیر انبساط منبسط شده و از حالت فشرده خارج می شود. فرآیند فوق یک چرخه پیوسته را تشکیل می دهد. فرآیند تبخیر، گرما را از هوای اطراف جذب می کند تا به یک اثر خنک کننده دست یابد و هوای سرد از طریق یک فن به محفظه سرنشینان دمیده می شود.
2. دستگاه گرمایش
برای وسایل نقلیه موتور احتراق داخلی، گرم کردن وسیله نقلیه آسان تر از خنک کردن آن است. راندمان تبدیل موتور احتراق داخلی کم است (حدود 30٪) و در حین کار گرمای بیشتری تولید می کند. این گرما از طریق مایع خنک کننده به هسته بخاری جریان می یابد و سپس با کنترل ساده می توان هوای گرم قابل کنترل را از طریق یک فن به داخل کابین دمید. ، ثابت نگه داشتن دمای کابین. این فرآیند بسیار مقرون به صرفه و ساده است و تا زمانی که موتور احتراق داخلی کار می کند قابل انجام است. نیازی به سوخت اضافی ندارد و مصرف سوخت را افزایش نمی دهد. اما برای وسایل نقلیه الکتریکی، گرمایش یک عملیات نسبتاً پیچیده است. در حال حاضر، راه حل های اصلی گرمایش PTC و پمپ های حرارتی هستند.
PTC (ضریب دمای مثبت، مقاومت ضریب دمای مثبت) یک مقاومت نیمه هادی معمولی با حساسیت دمایی مثبت است. هنگامی که انرژی دارد، گرما تولید می کند که می تواند برای گرمایش تهویه مطبوع استفاده شود. هنگامی که PTC برای اولین بار روشن می شود، مقاومت آن با افزایش دما روند کاهشی آهسته نشان می دهد، یعنی ارزش حرارتی آن در دمای اتاق کم است. هنگامی که دما از دمای کوری بیشتر شود، مقدار مقاومت آن با دما کاهش می یابد. افزایش یک افزایش گام به گام است و عملکرد واقعی این است که به طور خودکار کار را متوقف می کند. به عنوان یک عنصر PTC برای گرمایش، ویژگی دمای ثابت خودکار آن می تواند نیاز به مدار کنترل دما پیچیده را برطرف کند. در خودروهای الکتریکی، PTC مستقیماً توسط بسته باتری ولتاژ بالا تغذیه می شود و سپس وضعیت گرمایش آن توسط یک سوئیچ ساده PWM کنترل می شود تا به یک سیستم گرمایش بسیار ساده و قابل اعتماد دست یابد.
اگرچه PTC دارای ویژگی های ساختار ساده، مواد بادوام و اثر گرمایش خوب است، ساختار سیستم به طور مستقیم توسط یک بسته باتری ولتاژ بالا تغذیه می شود، باعث می شود که فرآیند گرمایش بر محدوده کروز خودروهای الکتریکی تأثیر بگذارد. تحقیقات نشان می دهد که استفاده از PTC عمر باتری خودروهای الکتریکی را تقریبا 24 درصد کاهش می دهد.
راه حل دیگر پمپ حرارتی است. به عنوان یک نوع عنصر مقاومتی، حد COP PTC (ضریب عملکرد، راندمان گرمایش) 100٪ است، یعنی انرژی الکتریکی را حداکثر می توان به همان مقدار انرژی گرمایی تبدیل کرد، در حالی که یک پمپ حرارتی می تواند به اندازه ای باشد. بالای 300 درصد اصل پمپ حرارتی مشابه تهویه مطبوع خانگی است. مبرد به صورت دو طرفه در اواپراتور و کندانسور تهویه مطبوع از طریق یک دریچه چهار طرفه جریان می یابد و انرژی گرمایی را از یک منبع حرارتی سطح پایین به یک منبع حرارتی سطح بالا منتقل می کند و در نتیجه اثر گرمایش یا سرمایش را به دست می آورد. این "انتقال گرما" در مقایسه با حالت PTC، فرآیند غیر "تولید کننده گرما" می تواند به طور قابل توجهی در انرژی الکتریکی صرفه جویی کند، در نتیجه به طور موثر محدوده حرکت وسایل نقلیه الکتریکی را گسترش داده و به یک روند کاربردی مهم HVAC برای وسایل نقلیه الکتریکی تبدیل می شود.
3. HMI
اگر موتور ماشین را به حرکت وادار می کند، به ماشین عمر می کند و صندوق عقب ماشین است، HMI به ماشین عقل و فکر می دهد و روح ماشین است. بنابراین، راه حل های سیستم HMI همیشه توسط OEM های خودرو با ارزش بوده است. OEM ها باید تجارب ناوبری و سرگرمی ایمن، انعطاف پذیر و راحت را برای رانندگان و مسافران فراهم کنند. در عین حال، این نیز یک عامل مهم در شکل دادن به تمایز محصول است. در سالهای اخیر، با برقیسازی خودروها و حرکت تولیدکنندگان بزرگ خودروهای قدرتمند جدید، HMI به تدریج به سمت تمرکز، غربالگری و هوشمندسازی، مشابه توسعه تلفنهای هوشمند، توسعه یافته است. بسیاری اوقات HVAC دیگر رابط HMI کاملاً مستقل ندارد، اما با سایر عملکردها مشترک است.