Analiza technologii zarządzania temperaturą akumulatorów mocy
pojazdów elektrycznych
1 Chłodzenie akumulatora
Ogólnie rzecz biorąc, istnieją trzy główne metody chłodzenia akumulatorów pojazdów elektrycznych: chłodzenie powietrzem, chłodzenie cieczą i chłodzenie bezpośrednie.
1) Technologia chłodzenia powietrzem (air cooling) wykorzystuje naturalny wiatr lub zimne powietrze generowane przez układ chłodniczy pojazdu w celu usuwania ciepła poprzez konwekcję ciepła lub przewodzenie ciepła w celu osiągnięcia celu chłodzenia akumulatora. Technologia chłodzenia powietrzem charakteryzuje się prostym systemem, niskim kosztem i łatwą konserwacją i jest szeroko stosowana.
2) Technologia chłodzenia cieczą wykorzystuje ciecz jako medium przenoszące ciepło. Ciecz odbiera ciepło, gdy przepływa przez rury wewnątrz akumulatora. Ciecz używana w chłodzeniu cieczą to głównie czynnik chłodniczy, który krąży w układzie chłodzenia pojazdu. Ciepło odbierane przez czynnik chłodniczy jest rozpraszane do powietrza przez chłodnicę. Niektóre pojazdy mają wymiennik ciepła zwany Chiller w układzie chłodzenia, aby połączyć układ chłodzenia pojazdu i układ chłodniczy w celu zwiększenia efektu chłodzenia układu. W porównaniu z technologią chłodzenia powietrzem, technologia chłodzenia cieczą charakteryzuje się dużą wydajnością chłodzenia, dobrą jednorodnością i dużą prędkością.
3) Technologia chłodzenia bezpośredniego wykorzystuje czynnik chłodniczy w układzie chłodniczym do bezpośredniego odprowadzania ciepła z akumulatora, a następnie instaluje zawór rozprężny i parownik wewnątrz akumulatora. Czynnik chłodniczy odparowuje w parowniku, aby pochłonąć ciepło. Ponieważ technologia chłodzenia bezpośredniego nie ma wymiennika ciepła w technologii chłodzenia cieczą, chłodzenie bezpośrednie jest bardziej wydajne. Jednak gdy akumulator jest chłodzony, część czynnika chłodniczego w układzie chłodniczym musi zostać przekierowana, co wpłynie na efekt chłodzenia przedziału pasażerskiego i obniży komfort.
2 Ogrzewanie akumulatora
Istnieją dwa główne typy technologii ogrzewania akumulatorów: samonagrzewanie akumulatorów i stosowanie zewnętrznych elementów grzewczych. Samonagrzewanie akumulatorów, jak sama nazwa wskazuje, wykorzystuje ciepło wytwarzane przez akumulator podczas ładowania i rozładowywania, aby zwiększyć temperaturę akumulatora, ale ta metoda ma niską wydajność ogrzewania i została zasadniczo porzucona.
Zastosowanie zewnętrznych elementów grzewczych wykorzystuje głównie folie grzewcze i PTC. Folia grzewcza znajduje się blisko powierzchni modułu akumulatora i generuje ciepło, aby zwiększyć temperaturę akumulatora po włączeniu zasilania. Metoda ogrzewania akumulatora jest podobna do metody chłodzenia i istnieją również trzy typy: ogrzewanie powietrza, ogrzewanie wody i bezpośrednie ogrzewanie czynnika chłodniczego.
3 System zarządzania temperaturą
Podczas chłodzenia i ogrzewania akumulatora można niezależnie wybierać różne metody, ale wraz ze wzrostem integracji pojazdów, coraz wyższe wymagania stawiane są również systemowi zarządzania termicznego pojazdu. Dlatego też pojawił się system zarządzania termicznego, który może realizować zarówno chłodzenie, jak i ogrzewanie akumulatora. Niektóre pojazdy opracowały nawet wysoce zintegrowany system zarządzania termicznego wykorzystujący klimatyzatory z pompą ciepła, który organicznie łączy trzy główne systemy: układ chłodzenia pojazdu, chłodzenie/ogrzewanie akumulatora oraz chłodzenie i ogrzewanie przedziału pasażerskiego.
Architektura systemu zarządzania temperaturą
Architektura systemu zarządzania termicznego pojazdu czysto elektrycznego jest pokazana na rysunku 1. Ten system zarządzania termicznego wykorzystuje klimatyzatory z pompą ciepła do realizacji bezpośredniego chłodzenia i ogrzewania akumulatorów, chłodzenia układu napędowego elektrycznego oraz chłodzenia i ogrzewania przedziału pasażerskiego. W obwodzie napędu elektrycznego skonfigurowano oddzielny obwód chłodzenia wodnego, który jest podłączony do układu pompy ciepła za pomocą płytowego wymiennika ciepła w celu transferu ciepła, co może realizować funkcje odzyskiwania ciepła odpadowego i ogrzewania postojowego; w zimną zimę, w celu rozwiązania problemu słabego efektu ogrzewania klimatyzatorów z pompą ciepła, PTC jest dopasowywany w celu zwiększenia efektu ogrzewania przedziału pasażerskiego. Ten system zarządzania termicznego może spełniać potrzeby chłodzenia i ogrzewania w wielu trybach.
Zasada działania systemu zarządzania ciepłem
Ponieważ system posiada wiele trybów pracy, w tym artykule omówiono wyłącznie zasadę działania trybu chłodzenia i ogrzewania akumulatora oraz przedziału pasażerskiego.
1) Zasada chłodzenia akumulatora. Gdy temperatura akumulatora jest wysoka i trzeba go schłodzić, zawór elektromagnetyczny układu chłodzenia klimatyzacji, zawór elektromagnetyczny wymiany ciepła powietrza, elektroniczny zawór rozprężny akumulatora i zawór elektromagnetyczny chłodzenia akumulatora w układzie są otwarte (zawór elektromagnetyczny ogrzewania akumulatora jest zamknięty). Gdy czynnik chłodniczy przepływa przez elektroniczny zawór rozprężny akumulatora, rozpręża się poprzez dławienie, odparowuje i pochłania ciepło w płytowym wymienniku ciepła akumulatora i odbiera ciepło, aby osiągnąć cel chłodzenia akumulatora. Jeśli w tym czasie przedział pasażerski również potrzebuje chłodzenia, wystarczy otworzyć elektroniczny zawór rozprężny chłodzenia (zamknąć zawór elektromagnetyczny ogrzewania klimatyzacji), a część czynnika chłodniczego odparuje i pochłonie ciepło w parowniku w samochodzie, aby uzyskać chłodzenie przedziału pasażerskiego.
2) Zasada ogrzewania akumulatora. Gdy temperatura akumulatora jest niska i trzeba go ogrzać, zawór elektromagnetyczny ogrzewania akumulatora, elektroniczny zawór rozprężny akumulatora, zawór elektromagnetyczny wymiany ciepła źródła wody i zawór elektromagnetyczny ogrzewania klimatyzacji w układzie są otwarte (elektroniczny zawór rozprężny ogrzewania, zawór elektromagnetyczny chłodzenia klimatyzacji, zawór elektromagnetyczny wymiany ciepła powietrza i elektroniczny zawór rozprężny chłodzenia są zamknięte), a wysokotemperaturowy czynnik chłodniczy sprężony przez sprężarkę przepływa przez płytowy wymiennik ciepła akumulatora w celu ogrzania akumulatora niskotemperaturowego. Po ogrzaniu temperatura czynnika chłodniczego spada, przepływa przez płytowy wymiennik ciepła, pochłania ciepło z obwodu napędu elektrycznego i realizuje odzysk ciepła odpadowego. Jeśli w tym czasie należy również ogrzać przedział pasażerski, wystarczy otworzyć elektroniczny zawór rozprężny ogrzewania, a część wysokotemperaturowego czynnika chłodniczego przepływa przez skraplacz w samochodzie, uwalnia ciepło do przedziału pasażerskiego, a następnie łączy się z czynnikiem chłodniczym ogrzewania akumulatora przed płytowym wymiennikiem ciepła, aby nadal uczestniczyć w cyklu. Jeżeli temperatura otoczenia jest bardzo niska, system włącza układ PTC, aby pomóc w ogrzaniu kabiny pasażerskiej.
