Analiza rozwiązań ogrzewania pojazdów elektrycznych
Ogrzewanie powietrzne wysokim napięciem
Plan wdrożenia
Rysunek 7 przedstawia strukturę systemu ogrzewania powietrznego wysokiego napięcia. Wymontuj oryginalne rury wlotowe i wylotowe pojazdu oraz rdzeń nagrzewnicy, wymień rdzeń nagrzewnicy na nagrzewnicę powietrza PTC o tym samym rozmiarze i metodzie instalacji co oryginalny rdzeń nagrzewnicy pojazdu, następnie zmień odpowiednie obwody sterujące i zaizoluj rdzeń PTC.
Zalety
1) Nie są wymagane żadne zmiany w strukturze HVAC.
2) W przeciwieństwie do niskonapięciowych nagrzewnic powietrznych, które są ograniczone wieloma czynnikami, takimi jak moc wyjściowa, wysokonapięciowe nagrzewnice powietrzne mogą zapewnić bardzo dużą moc wyjściową i wysokowydajne ogrzewanie.
3) Ogrzewając bezpośrednio powietrze, temperatura w pomieszczeniu napędowym szybko rośnie.
Niedogodności
1) Aby system klimatyzacji i ogrzewania spełniał przepisy dotyczące odszraniania i odmgławiania oraz wymagania dotyczące ogrzewania, moc grzewcza PTC musi wynosić co najmniej 3000 W lub więcej. Moc ta stanowi bardzo duży pobór w porównaniu do całkowitej pojemności akumulatora, co poważnie wpływa na zasięg pojazdów czysto elektrycznych.
2) W instalacjach HVAC umieszcza się PTC o mocy grzewczej większej niż 3 000 W, co może powodować zagrożenie bezpieczeństwa. Zakres napięcia roboczego wysokonapięciowego ogrzewania powietrznego PTC wynosi zazwyczaj 250 ~ 450 V (DC) i należy podjąć środki izolacyjne pod wysokim napięciem. EN60335 wymaga, aby poziom izolacji produktów wysokiego napięcia był większy lub równy 2 000 V. Projektując produkty, należy wziąć pod uwagę środki bezpieczeństwa izolacji wielowarstwowej (rysunek 8), co znacznie zwiększa koszt samego produktu i utrudnia jego aplikację.
3) Wysokonapięciowa nagrzewnica powietrzna jest umieszczona w HVAC. W przypadku wysokonapięciowego nagrzewnicy powietrznej wymagane są środki izolacyjne. W przeciwnym razie, gdy temperatura nagrzewnicy wysokonapięciowej będzie wysoka, obudowa HVAC będzie wytwarzać nieprzyjemny zapach i wpływać na jakość powietrza w kabinie.
Ogrzewanie wody wysokim napięciem
Plan wdrożenia
Do maszynowni dodano wysokonapięciowy podgrzewacz wody, zbiornik wody, pompę wody i rury wodne, tworząc zamknięty układ obiegu wody z oryginalnym rdzeniem nagrzewnicy samochodowej.
Zalety
System jest bardzo wydajny. Zgodnie z obecną technologią sprężarek elektrycznych, współczynnik COP systemu pompy ciepła wynosi 2,5 przy 0 stopniu i 2,0 przy -5 stopniu. Dlatego przy założeniu wytwarzania tego samego ciepła, ogrzewanie pompą ciepła jest lepszym rozwiązaniem niż ogrzewanie elektryczne. Metoda ogrzewania zużywa mniej energii elektrycznej i może zwiększyć zasięg pojazdu.
Trudności
1) Technologia kluczowych komponentów jest niedojrzała: podstawowe komponenty, takie jak sprężarki elektryczne, skraplacze wewnętrzne, skraplacze wyparne i zawory elektromagnetyczne do rurociągów chłodniczych, są wciąż w fazie badań i rozwoju. W przypadku skraplaczy wyparnych zmniejszenie ciśnienia wewnętrznego jest kluczowym czynnikiem poprawiającym maksymalną zdolność wymiany ciepła produktu; rozsądny rozmiar żeberek może zmniejszyć ryzyko zamarznięcia skraplacza wyparnego.
2) Niedojrzała technologia sterowania: Technologia sterowania klimatyzacją pompy ciepła, w szczególności algorytm regulacji zmiennej prędkości elektrycznej sprężarki spiralnej pojazdu i algorytm sterowania zaworu elektromagnetycznego (przejście między trybem klimatyzacji a trybem pompy ciepła) są niedojrzałe.
3) System pompy ciepła ma złożoną konstrukcję, dużą liczbę części i trudny układ kabiny.
4) Koszt znacznie wzrasta, a cykl rozwoju jest długi.
5) Wraz ze spadkiem temperatury otoczenia wartość COP systemu pompy ciepła będzie się zmniejszać. Gdy temperatura otoczenia jest niższa niż -10 stopni, prędkość sprężarki elektrycznej musi osiągnąć więcej niż 8 000 obr./min, aby zachować równowagę cieplną. Gdy prędkość sprężarki elektrycznej osiąga więcej niż 8 000 obr./min, hałas jest bardzo głośny i trudno jest spełnić wymagania odpowiednich norm. Dlatego metoda ogrzewania pompą ciepła jest znacznie ograniczona zakresem temperatur.
