Introdução ao sistema de gerenciamento térmico
O sistema de gestão térmica dos veículos eléctricos evoluiu a partir do sistema de gestão térmica dos veículos a combustível tradicionais, e a configuração do sistema também se desenvolveu gradualmente a partir da relativa independência de cada circuito de gestão térmica até à direcção de integração. Como não há calor residual do motor a ser utilizado, é necessário equipamento adicional para fornecer uma fonte de calor para aquecimento do habitáculo. Atualmente, os métodos de aquecimento comumente usados para veículos elétricos incluem aquecimento de aquecedor elétrico com coeficiente de temperatura positivo (PTC) e aquecimento de ar condicionado com bomba de calor.
1. Ar condicionado de resfriamento único + PTC
A resistência do termistor no aquecedor elétrico PTC aumentará com o aumento da temperatura, resultando em diminuição da potência de aquecimento, portanto o termistor PTC possui característica de temperatura constante. Devido à composição simples e ao baixo preço do sistema de aquecimento PTC, a maioria dos primeiros veículos elétricos utiliza refrigeração de ar condicionado de refrigeração única e aquecimento de aquecedor elétrico PTC para atender às necessidades de refrigeração e aquecimento do habitáculo. A Figura 1 é um diagrama do sistema de ar condicionado de resfriamento único + PTC. No resfriamento de verão, o evaporador disposto no duto de ar é usado para absorver calor para atingir a finalidade de resfriamento. Existem duas soluções para aquecimento. Uma delas é organizar o PTC de ar diretamente no duto de ar da caixa do ar condicionado conforme mostrado na Figura 1 (a). Quando existe uma necessidade de aquecimento, o PTC é energizado para aquecer o ar na conduta de ar e fazê-lo passar para o habitáculo; a outra é aquecer o refrigerante pelo PTC de água, conforme mostrado na Figura 1 (b), e o refrigerante flui para o núcleo de ar quente disposto no duto de ar para aquecer indiretamente o ar no duto de ar para atender à demanda de aquecimento.
2. Bomba de calor ar condicionado + PTC
Uma vez que o PTC utiliza aquecimento eléctrico para aquecer, a eficiência de aquecimento é inferior a 1, pelo que este método de aquecimento pode reduzir a autonomia dos veículos eléctricos em 50%. A eficiência teórica das bombas de calor é superior a 1, e a utilização de bombas de calor em vez do aquecimento PTC tornou-se uma tendência de desenvolvimento. Os resultados da pesquisa de ZHANG et al. mostram que os sistemas de bomba de calor podem poupar 41,3% de energia em comparação com os sistemas de aquecimento PTC. Como a maioria dos veículos eléctricos utiliza actualmente o R134a como fluido de trabalho, quando a temperatura ambiente é inferior a -10 graus, a eficiência e a fiabilidade do sistema da bomba de calor são reduzidas, pelo que os aquecedores eléctricos PTC ainda são necessários para o aquecimento auxiliar.
A Figura 2 mostra um sistema de ar condicionado com bomba de calor + sistema PTC utilizando uma válvula reversora eletromagnética de quatro vias e um trocador de calor de três vias. O sistema de ar condicionado com bomba de calor alterna entre os modos de resfriamento, aquecimento, desumidificação e degelo do sistema através do interruptor do corpo da válvula. A válvula reversora de quatro vias tem sido amplamente utilizada na área de ar condicionado doméstico. Aplicá-lo ao sistema de ar condicionado da bomba de calor do veículo elétrico pode resolver o problema de reversão do refrigerante durante o resfriamento e aquecimento do sistema, conforme mostrado na Figura 2 (a). A solução do sistema possui poucos componentes, estrutura simples e baixo custo. No entanto, o processo de soldagem cobre-alumínio da válvula reversora de quatro vias é difícil e muito fácil de corroer. Há passagem de gás nos lados de alta e baixa pressão, o que afeta o desempenho do sistema. O sistema de ar condicionado com bomba de calor de automóveis de passageiros geralmente adota uma solução de três trocadores de calor com um trocador de calor externo e dois trocadores de calor internos, e o modo é alternado por meio de múltiplas válvulas solenóides, conforme mostrado na Figura 2 (b).
3. Ar condicionado com bomba de calor + recuperação de calor residual + PTC
meu país tem um vasto território e uma ampla faixa de temperatura, por isso é necessário ampliar a faixa de temperatura dos aparelhos de ar condicionado com bomba de calor. O calor residual dos motores e baterias é uma fonte valiosa de calor no inverno. Muitos fabricantes e instituições de pesquisa consideram a reciclagem desta parte do calor como uma fonte auxiliar de calor para expandir o uso de aparelhos de ar condicionado com bomba de calor.
A Figura 3 é um diagrama de um sistema de gerenciamento térmico de veículo elétrico usando ar condicionado com bomba de calor + recuperação de calor residual + PTC. O sistema pode realizar funções como resfriamento, aquecimento, degelo, desembaçamento e desumidificação do habitáculo. Ao mesmo tempo, pode aquecer ou resfriar a bateria e o motor de acionamento, e também pode realizar a recuperação de calor residual da bateria e do motor de acionamento. O princípio de funcionamento do sistema é o seguinte: as funções de refrigeração, aquecimento, desumidificação, descongelamento e desembaciamento do habitáculo são realizadas através da combinação de interruptores da válvula solenóide do circuito refrigerante; um refrigerador de bateria (Chiller) conectado em paralelo ao evaporador é adicionado ao circuito refrigerante. Quando a bateria ou o motor de acionamento tem necessidade de resfriamento, o refrigerante flui através do Chiller para resfriar o refrigerante no circuito secundário; quando a bateria ou o motor de acionamento não tem uma grande demanda de dissipação de calor, a direção do fluxo do refrigerante pode ser controlada alternando o estado da válvula de três vias, e o calor pode ser descarregado para o exterior do veículo através do baixo -radiador de temperatura para conseguir o resfriamento da bateria ou motor de acionamento; quando a bateria tem demanda de aquecimento, o PTC é energizado para aquecimento e a função de aquecimento é obtida ajustando a válvula de três vias no lado do refrigerante; quando a temperatura ambiente está baixa, o ar condicionado da bomba de calor não pode ser usado e a bateria ou o motor de acionamento tem uma demanda de dissipação de calor, o líquido refrigerante absorve o calor que precisa ser dissipado na bateria ou no lado do motor de acionamento, flui através do Chiller através a válvula de três vias e troca o calor para o lado do refrigerante para aquecer o habitáculo, ampliando a faixa de temperatura operacional do sistema e melhorando a eficiência energética do sistema.
