Drei Stufen des New Energy Vehicle
Entwicklung von Wärmemanagementsystemen
Stufe 1
Wärmemanagementsystem der ersten -Generation: Batterie luft--gekühlt oder flüssigkeitsgekühlt-, PTC-Heizung und elektronisch gesteuerte Motorflüssigkeitskühlung, alle unabhängig voneinander arbeitend.
In den frühen Phasen der Entwicklung neuer Energiefahrzeuge lag der Schwerpunkt vor allem auf dem Ersatz des Motors in Benzinfahrzeugen durch Batterien und Motoren. Während der normalen Fahrt erzeugt das Batteriesystem Wärme, wobei die effiziente Betriebstemperatur bei 15–35 Grad liegt. Die Luftkühlung wurde aufgrund ihrer einfachen Struktur, geringen Kosten und Wartungsfreundlichkeit in frühen Fahrzeugen mit neuer Energie weit verbreitet eingesetzt.
Mit steigender Motor- und Ladeleistung konnte die Luftkühlung die Anforderungen des Batterie-Wärmemanagements nicht mehr erfüllen, was zu einer schrittweisen Umstellung auf Flüssigkeitskühlung führte. Im Winter wurde aufgrund niedrigerer Umgebungstemperaturen eine PTC-Heizung zur Erwärmung des Kühlmittels eingesetzt, das die Wärme dann an das Batteriesystem weitergab. Die Kühlung im Fahrgastraum wurde weiterhin mit dem System der Benzinfahrzeug--Ära durchgeführt: mechanische Klimakompressoren wurden auf elektrische Kompressoren umgerüstet; Die Erwärmung erfolgte typischerweise mittels PTC-Heizung. Die Gesamtvorteile dieser Lösung waren Einfachheit, niedrige Kosten und geringe strukturelle Komplexität; Die Nachteile waren ein hoher Energieverbrauch und eine geringe Reichweite im Winter.
Stufe 2
Wärmemanagementsystem der zweiten-Generation: Batterieflüssigkeitskühlung, PTC-Heizung und Motor-/elektronische Steuerungsflüssigkeitskühlung. Dieses System nutzt die Abwärme des Motors/der elektronischen Steuerung, um das Batteriesystem zu erwärmen und so eine thermische Verwertung zu erreichen.
Aufbauend auf der ersten Generation verbindet dieses System die Motor-/Elektroniksteuerungs- und Batterie-Wärmemanagementkreise in Reihe und parallel und nutzt die Abwärme des Motor-/Elektroniksteuerungssystems vollständig zur Beheizung des Batteriesystems. Dies reduziert den PTC-Verbrauch im Winter, verbessert die Gesamteffizienz des Wärmemanagements von Elektrofahrzeugen und erhöht ihre Reichweite.
Beispielsweise verwendet der XPeng P7 ein Vierwegeventil, um den Kühlkreislauf des Motors/der elektronischen Steuerung und den Kühlkreislauf der Batteriesatzbaugruppe zu verbinden. Wenn der Akku keine Heizung benötigt, wird die Wärme vom Motor/elektronischen Steuerkreis über die Motorkühlerbaugruppe des Frontendmoduls abgeführt. Wenn eine Erwärmung erforderlich ist, transportiert das Kühlmittel die Wärme vom Motor/elektronischen Steuersystem ab und fließt durch den Kühlkreislauf des Batteriepakets. Reicht die Wärme nicht aus, sorgt PTC für eine Zusatzheizung zur Energieeinsparung.
Das Wärmemanagementsystem der zweiten -Generation nutzt weiterhin PTC, um den Heizbedarf des Innenraums und der Batterie zu decken. Die Kabinenheizung erfolgt im Allgemeinen über eine gebläsebeheizte PTC-Heizung.
DerPTC-Heizungerwärmt die Umgebungsluft, und dann bläst das Gebläsesystem die Luft in die Kabine, um die Heizfunktion zu erreichen. Alternativ kann eine wasserbasierte PTC-Heizung verwendet werden, um das Kühlmittel zu erwärmen, das dann durch den Heizungskern fließt, um die Kabine zu heizen. Der Heizbedarf des Batteriesystems wird in erster Linie durch den Einsatz einer wasserbasierten PTC-Heizung gedeckt, um das Kühlmittel und damit den Batteriesatz zu erwärmen.
Allerdings haben PTC-Heizungen typischerweise eine Ausgangsleistung von 1–6 kW, was einen zusätzlichen Energieverbrauch von 4–6 kWh pro 100 km mit sich bringt. Beispielsweise kann die PTC-Heizung bei einer Fahrzeit mit voller Ladung von 4 bis 5 Stunden die Reichweite eines Fahrzeugs mit neuer Energie um 100 bis 150 km verringern, weshalb die Reichweite bei eingeschalteter Heizung im Winter geringer ist.
Stufe 3
Wärmemanagementsystem der dritten Generation: In dieser Phase wird ein Wärmepumpensystem hinzugefügt, was zu einem effizienteren und komplexeren Gesamtergebnis führtWärmemanagementsystem. Die auf Kältemittel und Wasser basierenden Systeme sind integriert, was einen Trend zu größerer Integration darstellt, der am Beispiel des Tesla Model Y veranschaulicht wird.
Auf der Kältemittelseite werden ein Innenkondensator und ein Kältemittel-Dreiwegeventil hinzugefügt, um die Heizanforderungen der Wärmepumpe zu erfüllen und die ursprüngliche Hochdruck-PTC-Heizung zu ersetzen. Zwei zusätzliche Niederdruck-PTC-Heizungen übernehmen in erster Linie die Funktionen Enteisung, Beschlagentfernung und Zusatzheizung. Generell lässt sich sagen, dass durch den Austausch der bestehenden Anlage durch eine Wärmepumpe 2-3 kWh Strom pro 100 Kilometer eingespart werden, was insgesamt zu einer Reichweitenverbesserung von 10-15 % führt.
