Einführung in das Wärmemanagementsystem
Das Wärmemanagementsystem von Elektrofahrzeugen hat sich aus dem Wärmemanagementsystem herkömmlicher Kraftstofffahrzeuge entwickelt, und auch die Systemkonfiguration hat sich schrittweise von der relativen Unabhängigkeit jedes Wärmemanagementkreises zur Integrationsrichtung weiterentwickelt. Da keine Motorabwärme genutzt werden muss, sind zusätzliche Geräte erforderlich, um eine Wärmequelle zur Beheizung des Fahrgastraums bereitzustellen. Zu den derzeit am häufigsten verwendeten Heizmethoden für Elektrofahrzeuge gehören Elektroheizungen mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) und Wärmepumpen-Klimaanlagenheizungen.
1. Einzelkühlungsklimaanlage + PTC
Der Widerstand des Thermistors in der PTC-Elektroheizung steigt mit steigender Temperatur, was zu einer Verringerung der Heizleistung führt, sodass der PTC-Thermistor eine konstante Temperaturcharakteristik aufweist. Aufgrund der einfachen Zusammensetzung und des niedrigen Preises des PTC-Heizsystems verwenden die meisten frühen Elektrofahrzeuge eine Klimaanlage mit Einzelkühlung und eine elektrische PTC-Heizung, um den Kühl- und Heizbedarf des Fahrgastraums zu decken. Abbildung 1 ist ein Systemdiagramm einer Einzelkühlungs-Klimaanlage + PTC. Bei der Sommerkühlung wird der im Luftkanal angeordnete Verdampfer zur Wärmeaufnahme genutzt, um den Kühlzweck zu erreichen. Für die Heizung gibt es zwei Lösungen. Eine besteht darin, den Luft-PTC direkt im Luftkanal des Klimakastens anzuordnen, wie in Abbildung 1 (a) gezeigt. Bei Heizbedarf wird der PTC aktiviert, um die Luft im Luftkanal zu erwärmen und in den Fahrgastraum zu leiten. Die andere besteht darin, das Kältemittel durch den Wasser-PTC zu erhitzen, wie in Abbildung 1 (b) gezeigt, und das Kältemittel strömt in den im Luftkanal angeordneten Warmluftkern, um die Luft im Luftkanal indirekt zu erwärmen, um den Heizbedarf zu decken.
2. Wärmepumpen-Klimaanlage + PTC
Da PTC zum Heizen elektrische Heizung verwendet, beträgt der Heizwirkungsgrad weniger als 1, sodass diese Heizmethode die Reichweite von Elektrofahrzeugen um 50 % reduzieren kann. Der theoretische Wirkungsgrad von Wärmepumpen liegt über 1 und der Einsatz von Wärmepumpen anstelle von PTC-Heizungen ist zu einem Entwicklungstrend geworden. Die Forschungsergebnisse von ZHANG et al. zeigen, dass Wärmepumpensysteme im Vergleich zu PTC-Heizsystemen 41,3 % Energie einsparen können. Da die meisten Elektrofahrzeuge derzeit R134a als Arbeitsflüssigkeit verwenden, verringert sich die Effizienz und Zuverlässigkeit des Wärmepumpensystems, wenn die Umgebungstemperatur unter -10 Grad liegt, sodass für die Zusatzheizung weiterhin PTC-Elektroheizungen erforderlich sind.
Abbildung 2 zeigt ein Wärmepumpen-Klimaanlage + PTC-System mit einem elektromagnetischen Vierwege-Umkehrventil und einem Drei-Wärmetauscher. Die Wärmepumpen-Klimaanlage schaltet über den Schalter des Ventilkörpers zwischen den Kühl-, Heiz-, Entfeuchtungs- und Enteisungsmodi des Systems um. Das Vierwege-Umschaltventil ist im Bereich der Haushaltsklimatisierung weit verbreitet. Die Anwendung auf die Klimaanlage mit Wärmepumpe eines Elektrofahrzeugs kann das Umkehrproblem des Kältemittels beim Kühlen und Heizen des Systems gut lösen, wie in Abbildung 2 (a) dargestellt. Die Systemlösung weist wenige Komponenten auf, ist einfach aufgebaut und kostengünstig. Allerdings ist der Kupfer-Aluminium-Schweißprozess des Vierwege-Umschaltventils schwierig und es kann sehr leicht korrodieren. Auf der Hoch- und Niederdruckseite kommt es zu Gas-Blowby, was sich auf die Systemleistung auswirkt. Die Wärmepumpen-Klimaanlage von Personenkraftwagen verwendet normalerweise eine Drei-Wärmetauscher-Lösung mit einem Außenwärmetauscher und zwei Innenwärmetauschern, und der Modus wird über mehrere Magnetventile umgeschaltet, wie in Abbildung 2 (b) dargestellt.
3. Wärmepumpen-Klimaanlage + Abwärmerückgewinnung + PTC
Mein Land verfügt über ein riesiges Territorium und einen großen Temperaturbereich, daher ist es notwendig, den Temperaturbereich von Wärmepumpen-Klimaanlagen zu erweitern. Die Abwärme von Motoren und Batterien ist im Winter eine wertvolle Wärmequelle. Viele Hersteller und Forschungseinrichtungen erwägen die Wiederverwendung dieses Teils der Wärme als zusätzliche Wärmequelle, um den Einsatz von Wärmepumpen-Klimaanlagen auszuweiten.
Abbildung 3 ist ein Diagramm eines Wärmemanagementsystems für Elektrofahrzeuge mit Wärmepumpen-Klimaanlage + Abwärmerückgewinnung + PTC. Das System kann Funktionen wie Kühlung, Heizung, Enteisung, Entfeuchtung und Entfeuchtung des Fahrgastraums realisieren. Gleichzeitig kann es die Batterie und den Antriebsmotor heizen oder kühlen und auch eine Abwärmerückgewinnung von Batterie und Antriebsmotor realisieren. Das Funktionsprinzip des Systems ist wie folgt: Die Kühl-, Heiz-, Entfeuchtungs-, Enteisungs- und Entnebelungsfunktionen des Fahrgastraums werden über die Schalterkombination des Magnetventils des Kältemittelkreislaufs realisiert. Dem Kältemittelkreislauf wird ein parallel zum Verdampfer geschalteter Batteriekühler (Chiller) hinzugefügt. Wenn die Batterie oder der Antriebsmotor Kühlbedarf hat, strömt das Kältemittel durch den Kühler, um das Kühlmittel im Sekundärkreislauf zu kühlen; Wenn die Batterie oder der Antriebsmotor keinen großen Wärmeableitungsbedarf haben, kann die Strömungsrichtung des Kühlmittels durch Umschalten des Zustands des Dreiwegeventils gesteuert und die Wärme über den Niederdruck nach außen aus dem Fahrzeug abgeleitet werden -Temperaturkühler zur Kühlung der Batterie oder des Antriebsmotors; Wenn die Batterie einen Heizbedarf hat, wird der PTC zum Heizen mit Strom versorgt und die Heizfunktion wird durch Einstellen des Dreiwegeventils auf der Kühlmittelseite erreicht; Wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist, die Wärmepumpen-Klimaanlage nicht verwendet werden kann und die Batterie oder der Antriebsmotor einen Wärmeableitungsbedarf haben, nimmt das Kühlmittel die Wärme auf, die auf der Seite der Batterie oder des Antriebsmotors abgeführt werden muss, und fließt durch den Kühler hindurch das Dreiwegeventil und tauscht die Wärme zur Kältemittelseite aus, um den Fahrgastraum zu erwärmen, wodurch der Betriebstemperaturbereich des Systems erweitert und die Energieeffizienz des Systems verbessert wird.
