1. Požiadavky na tepelný manažment elektrických vozidiel (HVCH)
Priestor pre cestujúcich je prostredie, v ktorom vodič žije počas jazdy vozidla. Aby sa zabezpečilo pohodlné prostredie pre vodiča, tepelný manažment priestoru pre cestujúcich musí kontrolovať teplotu, vlhkosť a teplotu privádzaného vzduchu do vnútorného prostredia vozidla. Požiadavky na tepelný manažment priestoru pre cestujúcich za rôznych podmienok sú uvedené v tabuľke 1.
Regulácia teploty batérií je dôležitým predpokladom pre zabezpečenie efektívnej a bezpečnej prevádzky elektrických vozidiel. Keď je teplota príliš vysoká, spôsobí to únik kvapaliny a samovznietenie, čo ovplyvní bezpečnosť jazdy; keď je teplota príliš nízka, kapacita nabíjania a vybíjania batérie sa do určitej miery zníži. Vďaka vysokej hustote energie a nízkej hmotnosti sa lítiové batérie stali najpoužívanejšími batériami pre elektrické vozidlá. Požiadavky na reguláciu teploty lítiových batérií a tepelné zaťaženie batérie za rôznych podmienok odhadnuté podľa literatúry sú uvedené v tabuľke 2. S postupným zvyšovaním hustoty energie batérií, rozširovaním teplotného rozsahu pracovného prostredia a zvyšovaním rýchlosti nabíjania sa dôležitosť regulácie teploty batérií v systéme tepelného manažmentu stala výraznejšou, nielen kvôli spĺňaniu rôznych jazdných podmienok a rôznych režimov nabíjania a vybíjania. Regulácia teploty sa mení v závislosti od prevádzkových podmienok vozidla, rovnomernosť teplotného poľa medzi batériami a prevencia a kontrola tepelného úniku musia tiež spĺňať všetky požiadavky na reguláciu teploty za rôznych podmienok prostredia, ako sú silné mrazy, oblasti s vysokými teplotami a vysokou vlhkosťou a horúce letné a chladné zimné oblasti.
2. Prvý stupeň ohrevu PTC
V počiatočnej fáze industrializácie elektrických vozidiel je základná technológia založená na výmene batérií, motorov a iných energetických systémov na základe postupného zlepšovania. Klimatizácia čisto elektrického vozidla aj klimatizácia paliva realizujú chladiacu funkciu prostredníctvom cyklu kompresie pár. Rozdiel medzi nimi je v tom, že kompresor klimatizácie paliva je nepriamo poháňaný motorom cez remeň, zatiaľ čo čisto elektrické vozidlo priamo využíva elektrický pohon kompresora na pohon chladiaceho cyklu. Keď sa palivové vozidlá v zime vykurujú, odpadové teplo motora sa priamo využíva na vykurovanie priestoru pre cestujúcich bez dodatočného zdroja tepla. Odpadové teplo motora čisto elektrického vozidla však nedokáže uspokojiť potreby zimného vykurovania. Preto je zimné vykurovanie problémom, ktorý musia čisto elektrické vozidlá riešiť. Ohrievač s kladným teplotným koeficientom (PTC) sa skladá z keramického vykurovacieho telesa PTC a hliníkovej trubice (Ohrievač chladiacej kvapaliny PTC/PTC ohrievač vzduchu), ktorý má výhody malého tepelného odporu a vysokej účinnosti prenosu tepla a používa sa v karosérii palivových vozidiel. Preto skoré elektrické vozidlá používali chladiaci cyklus s parnou kompresiou a PTC vykurovanie na dosiahnutie tepelného riadenia priestoru pre cestujúcich.
2.1 Aplikácia technológie tepelných čerpadiel v druhej fáze
V reálnom používaní majú elektrické vozidlá v zime vysoký dopyt po vykurovacej energii. Z termodynamického hľadiska je COP PTC vykurovania vždy menší ako 1, čo spôsobuje vysokú spotrebu energie PTC vykurovania a nízku mieru využitia energie, čo vážne obmedzuje dojazd elektrických vozidiel. Technológia tepelného čerpadla využíva cyklus kompresie pary na využitie nízkohodnotného tepla z prostredia a teoretický COP počas vykurovania je väčší ako 1. Preto použitie systému tepelného čerpadla namiesto PTC môže zvýšiť dojazd elektrických vozidiel za podmienok vykurovania. S ďalším zlepšovaním kapacity a výkonu batérie sa postupne zvyšuje aj tepelné zaťaženie počas prevádzky batérie. Tradičná štruktúra vzduchového chladenia nedokáže splniť požiadavky na reguláciu teploty batérie. Preto sa kvapalinové chladenie stalo hlavnou metódou regulácie teploty batérie. Navyše, keďže komfortná teplota potrebná pre ľudské telo je podobná teplote, pri ktorej batéria normálne pracuje, požiadavky na chladenie priestoru pre cestujúcich a batérie je možné splniť paralelným zapojením výmenníkov tepla v systéme tepelného čerpadla v priestore pre cestujúcich. Teplo z batérie je nepriamo odvádzané výmenníkom tepla a sekundárnym chladením, čím sa zlepšil stupeň integrácie systému tepelného manažmentu elektromobilu. Hoci sa stupeň integrácie zlepšil, systém tepelného manažmentu v tejto fáze iba jednoducho integruje chladenie batérie a priestoru pre cestujúcich a odpadové teplo z batérie a motora nebolo efektívne využité.
Čas uverejnenia: 4. apríla 2023
