Analyse von Heizlösungen für Elektrofahrzeuge
Hochspannungs-Luftheizung
Implementierungsplan
Abbildung 7 zeigt den Systemaufbau einer Hochspannungs-Luftheizung. Entfernen Sie die Originaleinlass- und -auslassrohre sowie den Heizkern des Fahrzeugs, ersetzen Sie den Heizkern durch einen Lufterhitzer-PTC mit der gleichen Größe und Installationsmethode wie der Original-Heizkern des Fahrzeugs, ändern Sie dann die relevanten Steuerkreise und isolieren Sie den PTC-Kern.
Vorteile
1) Es sind keine Änderungen an der HVAC-Struktur erforderlich.
2) Im Gegensatz zu Niederspannungs-Luftheizgeräten, die durch viele Faktoren wie die Leistungsabgabekapazität begrenzt sind, können Hochspannungs-Luftheizgeräte eine sehr hohe Leistungsabgabe und eine hocheffiziente Heizung bieten.
3) Durch direktes Erhitzen der Luft steigt die Temperatur im Antriebsraum schnell an.
Nachteile
1) Damit die Klimaanlage und das Heizsystem die Enteisungs- und Antibeschlagvorschriften sowie die Heizanforderungen erfüllen, muss die Heizleistung des PTC mindestens 3000 W oder mehr betragen. Dieser Strom ist im Vergleich zur gesamten Batteriekapazität ein sehr großer Verbraucher, der die Reichweite reiner Elektrofahrzeuge erheblich beeinträchtigt.
2) PTCs mit einer Heizleistung von mehr als 3 000 W sind in HLK-Anlagen angeordnet, was zu Sicherheitsrisiken führen kann. Der Arbeitsspannungsbereich von Hochspannungs-Luftheizungs-PTC liegt im Allgemeinen bei 250–450 V (DC), und es müssen Maßnahmen zur Hochspannungsisolierung ergriffen werden. EN60335 verlangt, dass der Isolationsgrad von Hochspannungsprodukten größer oder gleich 2 000 V sein muss. Bei der Entwicklung von Produkten müssen die Sicherheitsmaßnahmen der mehrschichtigen Isolierung berücksichtigt werden (Abbildung 8), die stark zunimmt die Kosten des Produkts selbst und erschweren die Produktanwendung.
3) Der Hochspannungs-Lufterhitzer ist in der HVAC angeordnet. Für den Hochvolt-Lufterhitzer sind Isolationsmaßnahmen erforderlich. Andernfalls erzeugt die HVAC-Hülle bei hoher Temperatur des Hochspannungs-Luftheizgeräts Gerüche und beeinträchtigt die Luftqualität in der Kabine.
Hochspannungs-Wassererwärmung
Implementierungsplan
Dem Motorraum werden ein Hochspannungs-Warmwasserbereiter, ein Wassertank, eine Wasserpumpe und Wasserleitungen hinzugefügt, um mit dem Original-Autoheizungskern ein geschlossenes Wasserzirkulationssystem zu bilden.
Vorteile
Das System ist hocheffizient. Gemäß der aktuellen elektrischen Kompressortechnologie beträgt der COP des Wärmepumpensystems 2,5 bei 0 Grad und 2,0 bei -5 Grad. Unter der Voraussetzung, dass die gleiche Wärme erzeugt wird, ist die Verwendung einer Wärmepumpenheizung daher besser als die Verwendung einer Elektroheizung. Die Heizmethode verbraucht weniger Strom und kann die Reichweite des Fahrzeugs erhöhen.
Schwierigkeiten
1) Die Technologie der Schlüsselkomponenten ist noch unausgereift: Kernkomponenten wie elektrische Kompressoren, interne Kondensatoren, Verdunstungskondensatoren und Magnetventile für Kühlleitungen befinden sich noch in der Forschung und Entwicklung. Bei Verdunstungskondensatoren ist die Reduzierung des Innendrucks ein Schlüsselfaktor zur Verbesserung der maximalen Wärmeübertragungskapazität des Produkts. Eine angemessene Lamellengröße kann das Frostrisiko im Verdunstungskondensator verringern.
2) Unausgereifte Steuerungstechnik: Die Steuerungstechnik für Wärmepumpen-Klimaanlagen, insbesondere der Algorithmus zur variablen Drehzahlregelung des elektrischen Scrollkompressors des Fahrzeugs und der Steuerungsalgorithmus des Magnetventils (Umwandlung zwischen Klimamodus und Wärmepumpenmodus), sind unausgereift.
3) Das Wärmepumpensystem hat eine komplexe Struktur, eine große Anzahl von Teilen und eine schwierige Kabinenanordnung.
4) Die Kosten steigen stark und der Entwicklungszyklus ist lang.
5) Wenn die Umgebungstemperatur sinkt, sinkt der COP-Wert des Wärmepumpensystems. Wenn die Umgebungstemperatur unter -10 Grad liegt, muss die Drehzahl des elektrischen Kompressors mehr als 8 000 U/min erreichen, um das thermische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Wenn die Drehzahl des elektrischen Kompressors mehr als 8 000 U/min erreicht, ist das Geräusch sehr laut und es ist schwierig, die Anforderungen der relevanten Normen zu erfüllen. Daher ist die Heizmethode mit einer Wärmepumpe durch den Temperaturbereich stark eingeschränkt.
