A história do desenvolvimento do veículo elétricoTérmico
Tecnologia de Gestão
O gerenciamento térmico de veículos é uma das principais tecnologias para o desenvolvimento de veículos elétricos, envolvendo gerenciamento multi-alvo, como controle de temperatura e umidade da cabine de passageiros, controle de temperatura do sistema de energia, antiembaçamento e desembaçamento de vidros, etc. arquitetura do sistema e grau de integração, o desenvolvimento do gerenciamento térmico de veículos elétricos é resumido em três etapas, conforme mostrado na Figura 1. Do resfriamento único combinado com aquecimento elétrico às bombas de calor combinadas com aquecimento auxiliar elétrico até o acoplamento gradual de ampla zona de temperatura bombas de calor com gerenciamento térmico veicular, a tecnologia de gerenciamento térmico veicular de veículos elétricos está se desenvolvendo gradualmente em uma direção altamente integrada e inteligente, e em uma ampla faixa de temperatura. A capacidade de adaptabilidade ambiental sob condições regionais e extremas é gradualmente melhorada.
ⅠAquecimento PTC do primeiro estágio
Na fase inicial de industrialização dos veículos elétricos, eles foram desenvolvidos basicamente com a substituição de sistemas de energia como baterias e motores como tecnologias centrais. Sistemas auxiliares, como ar condicionado de cabine, desembaçamento de janelas e controle de temperatura de componentes de potência, foram baseados na tecnologia tradicional de gerenciamento térmico de veículos a combustível. Com base na melhoria gradual. Tanto os condicionadores de ar para veículos elétricos puros quanto os condicionadores de ar para veículos a combustível alcançam funções de refrigeração por meio de um ciclo de compressão de vapor. A diferença entre os dois é que o compressor de ar condicionado dos veículos a combustível é acionado indiretamente pelo motor por meio de uma correia, enquanto os veículos elétricos puros utilizam diretamente um compressor de acionamento elétrico para acionar a refrigeração. ciclo. Ao aquecer um veículo a combustível no inverno, o calor residual do motor é utilizado diretamente para aquecer o habitáculo, sem a necessidade de fontes de calor adicionais. No entanto, o calor residual dos veículos eléctricos puros não consegue satisfazer as necessidades de aquecimento no Inverno. Portanto, o aquecimento no inverno é um problema que os veículos elétricos puros precisam resolver.
Quando um veículo elétrico está funcionando normalmente, a bateria descarrega e gera calor, fazendo com que a temperatura suba, exigindo o resfriamento da bateria. Os métodos de resfriamento da bateria incluem principalmente resfriamento a ar, resfriamento líquido, resfriamento de material de mudança de fase e resfriamento de tubo de calor. Por ter estrutura simples, baixo custo e fácil manutenção, o resfriamento a ar foi amplamente utilizado nos primeiros veículos elétricos. A principal forma de gerenciamento térmico nesta fase é que cada subsistema independente atenda às necessidades de gerenciamento térmico.
ⅡA segunda etapa da aplicação da tecnologia de bomba de calor
Na utilização real, os veículos eléctricos têm maior procura de energia para aquecimento no Inverno. Do ponto de vista termodinâmico, o COP do aquecimento PTC é sempre inferior a 1, o que torna elevado o consumo de energia de aquecimento PTC e baixa a taxa de utilização de energia, o que restringe seriamente os veículos eléctricos. quilometragem. A tecnologia da bomba de calor utiliza um ciclo de compressão de vapor para utilizar o calor de baixa qualidade do ambiente. O COP teórico durante o aquecimento é superior a 1. Portanto, a utilização de um sistema de bomba de calor em vez de PTC pode aumentar a autonomia de cruzeiro dos veículos eléctricos em condições de aquecimento.
No entanto, em ambientes de baixa temperatura, a capacidade de aquecimento dos sistemas tradicionais de bombas de calor é severamente atenuada e não consegue satisfazer as necessidades de aquecimento dos veículos eléctricos em ambientes de baixa temperatura. Aquecedores adicionais são necessários para aquecimento auxiliar. Portanto, o método de aquecimento por bombas de calor mais o calor auxiliar PTC tornou-se um importante método de aquecimento para veículos elétricos em ambientes de baixa temperatura no inverno. O principal método de aquecimento da cabine. À medida que a capacidade e a potência das baterias de energia aumentam ainda mais, a carga térmica durante a operação das baterias de energia também aumenta gradualmente. A estrutura tradicional de resfriamento a ar não pode atender às necessidades de controle de temperatura das baterias elétricas, então o resfriamento líquido se tornou o principal método de controle de temperatura da bateria.
Além disso, uma vez que a temperatura confortável exigida pelo corpo humano é semelhante à temperatura à qual a bateria elétrica funciona normalmente, as necessidades de refrigeração do habitáculo e da bateria elétrica podem ser satisfeitas, respetivamente, ligando permutadores de calor em paralelo no sistema de aquecimento do habitáculo. sistema de bomba. O calor da bateria é retirado indiretamente através do trocador de calor e do resfriamento secundário, e o grau de integração de todo o sistema de gerenciamento térmico do veículo elétrico foi melhorado. Embora o grau de integração tenha melhorado, o sistema de gestão térmica nesta fase integra apenas brevemente a refrigeração da bateria e a refrigeração do habitáculo, e o calor residual da bateria e do motor não foi utilizado de forma eficaz.
ⅢDesenvolvimento de tecnologia integrada para bomba de calor de ampla zona de temperatura e gerenciamento térmico de veículos
Os condicionadores de ar tradicionais com bomba de calor apresentam baixa eficiência de aquecimento e capacidade de aquecimento insuficiente em ambientes muito frios, o que restringe os cenários de aplicação de veículos elétricos. Portanto, uma série de métodos para melhorar o desempenho dos condicionadores de ar com bomba de calor sob condições de baixa temperatura foram desenvolvidos e aplicados. Ao adicionar razoavelmente um circuito secundário de troca de calor, enquanto resfria a bateria e o sistema do motor, o calor restante é reciclado para aumentar a capacidade de aquecimento dos veículos elétricos em condições de baixa temperatura. Resultados experimentais mostram que a capacidade de aquecimento dos aparelhos de ar condicionado com bomba de calor com recuperação de calor residual é significativamente aumentada em comparação com os aparelhos de ar condicionado com bomba de calor tradicionais.
No entanto, quando a temperatura ambiente é mais baixa e a quantidade de recuperação de calor residual é menor, a recuperação de calor residual por si só ainda não consegue satisfazer a procura de capacidade de aquecimento em ambientes de baixa temperatura. Aquecedores PTC ainda precisam ser usados para compensar a falta de capacidade de aquecimento nas situações acima. No entanto, com a melhoria gradual da integração da gestão térmica dos eléctricos, a quantidade de recuperação de calor residual pode ser aumentada aumentando razoavelmente o calor gerado pelo motor, aumentando assim a capacidade de aquecimento e o COP do sistema de bomba de calor e evitando a utilização de aquecedores PTC. Reduz ainda mais a ocupação de espaço do sistema de gestão térmica, ao mesmo tempo que satisfaz as necessidades de aquecimento dos veículos eléctricos em ambientes de baixa temperatura.
Além de reciclar o calor residual das baterias e dos sistemas motores, a utilização do ar de retorno também é uma forma de reduzir o consumo de energia dos sistemas de gestão térmica em condições de baixa temperatura. Os resultados da investigação mostram que, em ambientes de baixa temperatura, medidas razoáveis de utilização do ar de retorno podem evitar o embaciamento e o congelamento das janelas dos automóveis, ao mesmo tempo que reduzem a energia de aquecimento exigida pelos veículos eléctricos em 46% a 62%, e podem reduzir o consumo de energia de aquecimento em cerca de 40% em maioria. . A Nippon Denso também desenvolveu uma estrutura correspondente de ar de retorno/ar fresco de camada dupla, que pode evitar o embaçamento e reduzir a perda de calor causada pela ventilação em 30%. Nesta fase, a adaptabilidade ambiental da gestão térmica dos veículos eléctricos sob condições extremas está a melhorar gradualmente e a desenvolver-se no sentido da integração e da ecologização.
A fim de melhorar ainda mais a eficiência do gerenciamento térmico da bateria sob condições de alta potência e reduzir a complexidade do gerenciamento térmico, o método de controle de temperatura da bateria de resfriamento e aquecimento direto que envia diretamente o refrigerante para a bateria para troca de calor também é uma corrente Solução técnica. A configuração de gerenciamento térmico da troca direta de calor entre a bateria e o refrigerante é mostrada na Figura 5. A tecnologia de resfriamento direto pode melhorar a eficiência da troca de calor e a transferência de calor, alcançar uma distribuição de temperatura mais uniforme dentro da bateria, reduzir circuitos secundários e aumentar o desperdício do sistema recuperação de calor, melhorando assim o desempenho do controle de temperatura da bateria. No entanto, uma vez que a tecnologia de troca direta de calor entre a bateria e o refrigerante exige que o sistema da bomba de calor aumente o calor de refrigeração, por um lado, o controlo da temperatura da bateria é limitado pelo arranque e paragem do sistema de ar condicionado da bomba de calor, que tem um certo impacto no desempenho do circuito refrigerante. Também limita o uso de fontes naturais de frio nas estações de transição, portanto esta tecnologia ainda precisa de mais melhorias em pesquisas e avaliação de aplicações.
