Krótka analiza technologii zarządzania ciepłem dla
nowe akumulatory zasilające pojazdy energetyczne
Elementy zarządzania temperaturą pojazdu
Układ chłodzenia pojazdów nowej generacji składa się zazwyczaj z trzech części: układu obiegu chłodzenia akumulatora, układu obiegu chłodzenia sterowanego elektronicznie silnikiem oraz układu obiegu ciepłego powietrza w klimatyzacji. Model PHEV posiada także układ obiegu chłodzenia silnika. Układ obiegowy akumulatora głównie podgrzewa lub chłodzi akumulator, układ obiegowy silnika chłodzi głównie silnik napędowy i CIDD (sterownik silnika napędowego), a układ ogrzewania klimatyzacji głównie ogrzewa lub chłodzi kabinę pasażerską. Główne komponenty funkcjonalne obejmują elektroniczne pompy wodne, trójdrożne zawory elektromagnetyczne, dwudrogowe zawory elektromagnetyczne, czujniki PTC, wymienniki ciepła, separatory ciecz-gaz, grzejniki, kotły wzbiorcze, rurociągi chłodzące i różne wsporniki stałe. Źródłem zasilania jest elektroniczna pompa wodna, czynnikiem chłodniczym, a zawór elektromagnetyczny steruje kierunkiem przepływu, dzięki czemu czynnik chłodzący przepływa przez chłodnicę i chłodzony korpus wzdłuż rurociągu, rozpraszając się i schładzając poprzez wymianę ciepła , dzięki czemu temperatura robocza części funkcjonalnych jest zawsze utrzymywana w idealnym zakresie roboczym, aby zmaksymalizować wydajność. Niezależnie od tego, czy jest to pojazd w pełni elektryczny, czy pojazd hybrydowy, pętla zarządzania temperaturą akumulatora jest niezależna od innych systemów. Głównym powodem jest to, że normalny zakres temperatur pracy pakietu akumulatorów różni się znacznie od innych systemów. Temperatura pracy zestawu akumulatorów na ogół nie może przekraczać 35 stopni, podczas gdy silnik napędowy często pracuje w temperaturze około 55 stopni, a zakres temperatur pracy silnika wynosi około 95 stopni, więc każdy obwód musi działać niezależnie.
Różnice w stosunku do tradycyjnego zarządzania ciepłem w samochodach
Zarządzanie ciepłem w tradycyjnych samochodach jest pojedyncze, bez skomplikowanych systemów sterowania i komponentów. Jego celem jest jedynie zapewnienie, aby temperatura silnika zawsze mieściła się w idealnym zakresie i to dla pasażera.
Do zapewnienia wymaganego ciepła w kabinie załogi wykorzystywane jest ciepło odpadowe wytwarzane przez silnik, bez zużywania dodatkowej energii. Istnieją duże różnice w strukturze systemu pomiędzy pojazdami o nowej energii a pojazdami tradycyjnymi. Wzrosły także wymagania dotyczące rozmieszczenia i montażu elementów systemu w całym pojeździe, a także wymagania dotyczące przestrzeni w kabinie. Różne typy pojazdów nowej energii mają swoją własną charakterystykę. Różne cechy; w przypadku pojazdów wyłącznie elektrycznych nie ma silnika jako źródła zasilania obiegu płynu chłodzącego i nie ma ciepła odpadowego z silnika, które można by wykorzystać. W przypadku pojazdów hybrydowych, ze względu na specjalne strategie sterowania, silnik nie jest w stanie zapewnić mocy potrzebnej do obiegu płynu chłodzącego, gdy nie pracuje, ani nie jest w stanie zapewnić wymaganego źródła ciepła dla kabiny pasażerskiej w czasie rzeczywistym. Dlatego też, strukturalnie, systemy zarządzania temperaturą w pojazdach nowych pojazdów zasilanych energią są projektowane z niezależną elektroniczną pompą wodną, która zapewnia moc niezbędną do cyrkulacji płynu chłodzącego. Ciepłe powietrze zwykle wykorzystuje ogrzewanie elektryczne. Niezależny elektryczny grzejnik PTC przeznaczony jest do podgrzewania płynu chłodzącego. Recyrkulacja do zbiornika ciepłej wody w samochodzie w celu ogrzania kabiny pasażerskiej, co jest obecnie metodą dominującą; istnieje również metoda bezpośredniego podgrzewania powietrza przechodzącego przez skrzynkę parownika i wdmuchiwania ciepła do samochodu przez wentylator. Metoda ta polega na zabezpieczeniu samochodu, obecnie rzadko stosowana.
Rodzaje systemów zarządzania temperaturą akumulatorów
Różne metody zarządzania temperaturą akumulatora obejmują różne numery części, konstrukcje i układy. Różne typy systemów zarządzania temperaturą są wybierane w oparciu o koszty rozwoju pojazdu, masę pojazdu i wymagania dotyczące przestrzeni rozplanowania. Jego główne trasy techniczne obejmują pięć następujących typów
Typ chłodzenia bezpośredniego
Nazywany technologią bezpośredniego chłodzenia akumulatora, system bezpośredniego chłodzenia ma wbudowany parownik chłodniczy wewnątrz akumulatora, który jest podłączony do układu klimatyzacji za pomocą rurociągów. Kiedy akumulator wymaga schłodzenia, sprężarka wysyła sprężony czynnik chłodniczy do parownika wewnątrz akumulatora, a następnie usuwa akumulator. Ciepło wewnętrzne osiąga efekt chłodzenia. System ma zalety zwartej konstrukcji, dobrego efektu chłodzenia, małej liczby części (wymagany jest tylko jeden rurociąg chłodniczy wlotowy i jeden wylotowy) oraz niewielkiej wagi. Jednakże wadą tego systemu jest to, że nie może on nagrzać akumulatora w temperaturach ujemnych, skroplona woda powstająca podczas procesu chłodzenia nie jest chroniona, a równomierność temperatury czynnika chłodniczego jest trudna do kontrolowania. Układ chłodniczy ma krótką żywotność i niską niezawodność, a często dochodzi do wycieków czynnika chłodniczego. Wyciek, niewystarczająca wydajność chłodnicza i inne usterki. Jest to najnowsza technologia chłodzenia akumulatorów o stosunkowo niskiej dojrzałości. Został on zastosowany w produkowanych masowo na rynku modelach takich jak BYD i Tesla. Jest to główna trasa techniczna przyszłości.
Typ chłodzenia wodnego chłodnicy
Obwód chłodzenia chłodnicy jest niezależnym obwodem, składającym się z chłodnicy, elektronicznej pompy wodnej, grzejnika itp., w którym medium jest środek zapobiegający zamarzaniu. Płyn niezamarzający wypływa z chłodnicy, przechodzi przez nagrzewnicę, następnie do akumulatora i na koniec wraca do chłodnicy. Cykl ten chłodzi i podgrzewa akumulator. System ma zalety prostej konstrukcji, niskich kosztów i oszczędności energii w środowisku o niskiej temperaturze przez cały rok. Jednakże wydajność rozpraszania ciepła tego systemu jest niska, a temperatura wody w lecie jest wysoka w klimatach o wysokiej temperaturze, więc nie może on spełnić warunków pracy w środowiskach o wysokiej temperaturze.
Typ bezpośredniego chłodzenia wodą chłodzącą
System ten integruje chłodzenie bezpośrednie i chłodzenie wodą oraz łączy system klimatyzacji i system chłodzenia wodą za pośrednictwem chłodnicy akumulatora Agregat chłodniczy (zwany także wymiennikiem ciepła). System ten pozwala uniknąć wad dwóch pierwszych metod chłodzenia i jest obecnie jednym z najczęściej stosowanych systemów zarządzania temperaturą akumulatorów. System ma więcej elementów niż dwa pierwsze. System jest bardziej złożony i wymaga stosunkowo dużej przestrzeni na rozmieszczenie podzespołów. Sprężarka podczas pracy jest mocno obciążona, co pochłania dużo energii dla całego pojazdu i jest mało ekonomiczne. Ponadto w przypadku awarii części układu klimatyzacji nie można w maksymalnym stopniu zaspokoić potrzeb chłodzenia akumulatora.
Typ hybrydowy chłodzony wodą
System ten opiera się na bezpośrednim układzie chłodzenia wodą chłodzącą i dodaje system chłodzenia wodą chłodnicy. Obydwa są ułożone w obwody równoległe. Sterując zaworem elektromagnetycznym, do chłodzenia akumulatora w różnych warunkach wykorzystywane są różne obwody. W środowiskach o niskiej temperaturze działa tylko układ chłodzenia wodą chłodnicy. W środowisku o wysokiej temperaturze przełącz się na bezpośredni układ chłodzenia wodą chłodzącą, aby działał. W trudnych warunkach pracy oba systemy mogą pracować jednocześnie, a akumulator może również uzyskać maksymalną wydajność chłodzenia, która zasadniczo pokrywa wszystkie środowiska użytkowania. Ten układ chłodzenia jest niezwykle złożony, ma wysoki koszt, wymaga dużej przestrzeni do rozplanowania pojazdu, ma złożone strategie sterowania systemem i stanowi wyzwanie dla stabilności i niezawodności. System ten jest również stosowany w większości hybrydowych modeli PHEV dostępnych na rynku i wykorzystuje zaawansowaną technologię.
Typ chłodzenia powietrzem
System ten bezpośrednio kieruje zimne powietrze z wnętrza kabiny do akumulatora poprzez kanał i wykorzystuje je do chłodzenia akumulatora powietrzem. Zaletami tego systemu są prosta konstrukcja, kontrolowana temperatura zimnego powietrza i niski koszt systemu. Ma jednak również wady bezpośredniego układu chłodzenia. System nie posiada funkcji ogrzewania, a skroplona woda powstająca na powierzchni akumulatora nie jest łatwa do wysuszenia, co stwarza ryzyko korozji i zanieczyszczenia wnętrza akumulatora. Generalnie nie zaleca się stosowania tego rodzaju metody zarządzania ciepłem
