سیستم مدیریت حرارتی پمپ حرارتی خودروهای الکتریکی
نمودار شماتیک سیستم تهویه مطبوع سنتی خودرو
در سیستم های تهویه مطبوع خودروهای سنتی، مبرد را می توان در چهار حالت اصلی یافت: گاز پرفشار، مایع فشار بالا، مایع کم فشار و گاز کم فشار. چهار جزء کلیدی که این چهار حالت را به هم متصل می کنند عبارتند از کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور. کمپرسور مبرد را در خط لوله فشرده می کند. مبرد از گاز به مایع در کندانسور جلوی محفظه موتور متراکم می شود. این فرآیند گرما را آزاد می کند. پس از عبور از شیر انبساط، فشار مبرد مایع به طور ناگهانی کاهش می یابد. در نهایت در اواپراتور داخل کابین بخار می شود و گرمای زیادی را جذب می کند. بدین ترتیب به اثر خنک کننده در کابین دست می یابد. مبرد در خط لوله ذکر شده در اینجا، همچنین به نام مبرد، دارای ویژگی های تبخیر آسان و مایع شدن برای تسهیل انتقال حرارت است. اولین مبرد پر استفاده فریون بود. بعداً به دلیل آسیب فریون به لایه اوزون، به تدریج تترافلورواتان با نام تجاری R134A در کاربردهای تهویه مطبوع خودرو جایگزین شد. اخیراً به دلیل تأکید بیشتر بر حفاظت از محیط زیست، مبردها به تدریج به سمت مبردهای دی اکسید کربن توسعه یافته اند.
نحوه عملکرد مدیریت حرارتی پمپ حرارتی
دلیل اصلی معرفی سیستم پمپ حرارتی این است که وسایل نقلیه الکتریکی خالص یا وسایل نقلیه هیبریدی پلاگین که از رانندگی الکتریکی خالص پشتیبانی می کنند دیگر نمی توانند از موتور به عنوان منبع گرمای پایدار برای گرمایش استفاده کنند. بنابراین، قبل از معرفی سیستم پمپ حرارتی، عملکرد گرمایش سیستم تهویه مطبوع وسایل نقلیه الکتریکی عمدتاً توسط بخاری های برقی که به بخاری های PTC (ضریب دمای مثبت) نیز معروف هستند، تکمیل می شد. و باید بدانید که گرمای حاصل از گرمایش مستقیم الکتریکی، قدرت و برد حرکتی باتری را تا حد زیادی کاهش می دهد. طبق آمار، هنگام رانندگی در زمستان و روشن کردن عملکرد گرمایش تهویه مطبوع بر اساس گرمایش الکتریکی، تقریباً نیمی از برق برای گرمایش مصرف می شود. فقط نیمی از نیرو برای رانندگی باقی مانده است. استفاده از سیستم پمپ حرارتی برای گرمایش باعث افزایش قابل توجه مسافت پیموده شده می شود.
حالت خنک کننده سیستم مدیریت حرارتی پمپ حرارتی
در واقع در سیستم مدیریت حرارتی پمپ حرارتی با وجود اینکه توسط پمپ ها و شیرهای متعدد کنترل می شود، جزیی به نام پمپ حرارتی HeatPump وجود ندارد. این پمپ حرارتی نامیده می شود زیرا سیستم پمپ حرارتی دارای ویژگی هایی مشابه پمپ آب در جابجایی آب از یک مکان کم به یک مکان بلند است. کل سیستم پمپ حرارتی می تواند گرما را از مکانی با دمای پایین به مکانی با دمای بالا منتقل کند. به عنوان مثال، در تابستان، سیستم پمپ حرارتی دمای پایین خارج از ماشین را وارد نمی کند. برعکس، گرمای داخل خودرو را به بیرون منتقل می کند. در نتیجه به اثر خنک کننده دست می یابد.
حالت گرمایش سیستم مدیریت حرارتی پمپ حرارتی
به همین ترتیب، هنگام گرم کردن در زمستان، سیستم پمپ حرارتی گرما را از بیرون خودرو به داخل خودرو ارسال می کند. سپس ممکن است بخواهید دوباره بپرسید، آیا گرما حتی اگر ده ها درجه زیر صفر در خارج از ماشین باشد، قابل انتقال است؟ همانطور که قبلا ذکر شد، حتی در دماهای ده ها درجه زیر صفر هنوز گرما وجود دارد. گرما قابل انتقال است
بنابراین چگونه می توان سیستم پمپ حرارتی را در سیستم تهویه مطبوع خودرو اعمال کرد؟
ابتدا گرما از محیط به سیستم پمپ حرارتی کشیده می شود. در مرحله دوم، گرما فشرده و گرم می شود. سپس از گرما برای گرم کردن هوای سرد داخل کابین و گرم کردن آن استفاده می شود. هوای گرم شده به داخل کابین فرستاده می شود و گرما پس از فشرده سازی به گرمای کم دمای تبدیل شده و خارج از خودرو تخلیه می شود. سیستم پمپ حرارتی باید شرایط گرمایش و سرمایش را در نظر بگیرد. هنگامی که شیرهای توقف SV1 و SV4 قطع شده و SV5 روشن می شود، سیستم در حالت گرمایش کار می کند. اواپراتور در خودرو در حالت سرمایش به عنوان کندانسور در حالت گرمایش برای تامین گرمای کابین همراه با کندانسور داغ استفاده می شود. در حالت گرمایش، سیستم مدیریت حرارتی پمپ حرارتی همچنین می تواند گرمای اتلاف را از موتور، کنترل الکترونیکی و شارژر در خط لوله خنک کننده آبی به خط لوله تهویه مطبوع مبرد قرمز از طریق مبدل حرارتی منتقل کند تا گرما را برای کابین فراهم کند. هنگامی که شیرهای توقف SV1 و SV4 روشن می شوند و SV5 خاموش می شوند، سیستم در حالت خنک کننده کار می کند و کندانسور مربوطه در فضای باز در حالت خنک کننده به عنوان اواپراتور در حالت گرمایش استفاده می شود.