پیشرفت تحقیق مدیریت حرارتی خودروهای الکتریکی
فناوری یکپارچه سازی سیستم
مقدمه ای بر 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 حلقه مدیریت حرارتی به جهت یکپارچه سازی توسعه یافته است. از آنجایی که هیچ گرمای اتلاف موتور برای استفاده وجود ندارد، تجهیزات اضافی برای تامین یک منبع گرما هنگام گرم کردن محفظه سرنشین مورد نیاز است. در حال حاضر، روش های گرمایش رایج در وسایل نقلیه الکتریکی شامل ضریب دمای مثبت (ضریب دمای مثبت، PTC) گرمایش بخاری برقی و گرمایش تهویه مطبوع پمپ حرارتی است.
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 مشخصات دمای ثابت است. به دلیل ترکیب ساده و قیمت پایین سیستم گرمایش PTC، سیستمهای گرمایشی اولیه PTC اغلب خودروهای برقی از خنککننده تهویه مطبوع تک خنککننده و گرمایش بخاری برقی PTC برای دستیابی به نیازهای سرمایشی و گرمایشی محفظه مسافر استفاده میکنند.
در طول سرمایش در تابستان، از اواپراتور چیده شده در مجرای هوا برای جذب گرما برای رسیدن به هدف خنک سازی استفاده می شود. دو گزینه برای گرمایش وجود دارد. یکی این است که PTC هوا را مستقیماً در کانال هوای جعبه تهویه مطبوع مرتب کنید. هنگامی که نیاز به گرمایش وجود دارد، PTC برای گرم کردن هوا فعال می شود. هوای داخل کانال به داخل محفظه مسافر وارد می شود. نوع دیگر از PTC آب برای گرم کردن مبرد ثانویه استفاده می کند و مبرد ثانویه به درون 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.
پمپ حرارتی کولر گازی + PTC
از آنجایی که PTC از گرمایش الکتریکی برای گرمایش استفاده می کند، راندمان گرمایش کمتر از 1 است، بنابراین این روش گرمایش می تواند محدوده حرکت خودروهای الکتریکی را تا 50٪ کاهش دهد. بازده نظری پمپ های حرارتی بیشتر از 1 است، بنابراین استفاده از پمپ های حرارتی برای جایگزینی گرمایش PTC به یک روند توسعه تبدیل شده است. ｡نتایج تحقیق ژانگ و همکاران. [18] نشان می دهد که سیستم پمپ حرارتی می تواند 41.3 درصد انرژی را در مقایسه با سیستم گرمکن PTC ذخیره کند. 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 است، سیستم پمپ حرارتی راندمان و قابلیت اطمینان کاهش می یابد، بنابراین یک بخاری برقی PTC هنوز برای گرمایش کمکی مورد نیاز است.
سیستم تهویه مطبوع پمپ حرارتی تغییر حالت های تبرید، گرمایش، رطوبت زدایی، یخ زدایی و سایر حالت ها را از طریق سوئیچ بدنه شیر انجام می دهد. شیر معکوس چهار طرفه به طور گسترده در زمینه تهویه مطبوع خانگی استفاده شده است و استفاده از آن در سیستم تهویه مطبوع پمپ حرارتی خودروهای برقی می تواند راه حل خوبی برای مشکل معکوس شدن مبرد در هنگام سرمایش و گرمایش سیستم باشد. این راه حل سیستم دارای قطعات کمتر، ساختار ساده و هزینه کمتر است. با این حال، شیر معکوس چهار طرفه فرآیند جوشکاری مس و آلومینیوم دشواری دارد و به راحتی خورده می شود. فشار زیاد و کم نقص هایی مانند دمیدن هوا در کناره وجود دارد که بر عملکرد سیستم تأثیر می گذارد. سیستم های تهویه مطبوع پمپ حرارتی خودروهای سواری بیشتر از محلول سه مبدل حرارتی یک مبدل حرارتی در فضای باز و دو مبدل حرارتی داخلی استفاده می کنند و تغییر حالت از طریق چندین شیر برقی انجام می شود.
یک سیستم تهویه مطبوع پمپ حرارتی با استفاده از مبرد R134a می تواند به سرعت محفظه سرنشینان را هنگامی که دمای محیط بالاتر از 0 درجه است گرم کند. با این حال، هنگام کار در دمای پایین تر، به دلیل کاهش جریان جرم مبرد، ظرفیت جذب حرارت تبخیر ضعیف می شود. در همان زمان، فشار مکش کاهش می یابد. نسبت فشار کمپرسور افزایش می یابد و در نتیجه راندمان کاهش می یابد و عملکرد سیستم ضعیف می شود. مطالعات نشان داده است که در دمای محیط 10- درجه، ظرفیت گرمایش سیستم تهویه مطبوع پمپ حرارتی با استفاده از مبرد R134a به شدت کاهش یافته است تا جایی که نمی تواند نیاز گرمایش کابین را برآورده کند. در این زمان، بخاری برقی PTC باید برای گرم کردن مبرد استفاده شود تا نیازهای گرمایشی سیستم را برآورده کند. وانگ یانگ و همکاران از روش های تجربی برای مقایسه ویژگی های عملکرد شیر چهار طرفه و سه سیستم مبدل حرارتی استفاده کرد. نتایج تحقیق نشان می دهد که سیستم سه مبدل حرارتی در یخ زدایی بهتر است. مزایای بیشتری در رطوبت زدایی دارد و بهره وری انرژی سیستم شیر چهار طرفه 7٪ تا 15٪ بیشتر از سیستم سه مبدل حرارتی است.
تهویه مطبوع پمپ حرارتی + بازیابی حرارت اتلاف + PTC
کشور ما دارای قلمرو وسیعی است و محدوده دمایی وسیعی را در بر می گیرد، بنابراین لازم است محدوده دمایی مورد استفاده تهویه مطبوع پمپ حرارتی را گسترش دهیم. گرمای اتلاف موتورها و باتری ها منبع گرمایی با ارزش در زمستان است. بسیاری از تولیدکنندگان و مؤسسات تحقیقاتی علمی، بازیافت این بخش از گرما را به عنوان منبع گرمایی کمکی برای گسترش دامنه کاربرد کولر گازی پمپ حرارتی در نظر می گیرند.
این سیستم می تواند عملکردهایی مانند خنک کننده محفظه سرنشین، گرمایش، یخ زدایی، مه زدایی و رطوبت زدایی را انجام دهد. همچنین می تواند باتری و موتور را گرم یا خنک کند. علاوه بر این، می تواند گرمای تلف شده از باتری و موتور محرک را نیز بازیابی 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 راننده هنگامی که موتور نیاز به خنک کننده دارد، مبرد از طریق مبرد ثانویه مدار ثانویه خنک کننده چیلر جریان می یابد. هنگامی که باتری یا موتور محرک نیاز زیادی به اتلاف گرما ندارد، می توان وضعیت شیر سه طرفه را تغییر داد تا جریان مبرد ثانویه را کنترل کند تا گرما را از طریق دمای پایین منتقل کند. رادیاتور به بیرون تخلیه می شود. وسیله نقلیه برای خنک کردن باتری یا موتور محرک؛ هنگامی که باتری نیاز به گرمایش دارد، PTC گرمایش را انرژی می دهد و عملکرد گرمایش را از طریق تنظیم شیر سه طرفه در سمت مبرد انجام می دهد. هنگامی که دمای محیط پایین است، پمپ حرارتی هنگامی که نمی توان از تهویه مطبوع استفاده کرد و باتری یا موتور محرک به اتلاف گرما نیاز دارد، مبرد ثانویه گرمایی را که باید در سمت باتری یا موتور محرکه دفع شود جذب می کند. از طریق چیلر از شیر سه طرفه عبور می کند و گرما را به سمت مبرد مبادله می کند تا محفظه سرنشین را گرم کند. محدوده دمای عملیاتی سیستم افزایش یافته و بهره وری انرژی سیستم بهبود می یابد.
