Forschungsfortschritt beim Wärmemanagement von Elektrofahrzeugen
Systemintegrationstechnologie
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 Wärmemanagementkreislaufs hin zur Richtung der Integration entwickelt. Da keine Motorabwärme genutzt werden muss, sind zusätzliche Geräte erforderlich, um beim Heizen des Fahrgastraums eine Wärmequelle bereitzustellen. Zu den derzeit in Elektrofahrzeugen häufig verwendeten Heizmethoden gehören elektrische Heizgeräte mit positivem Temperaturkoeffizienten (positiver Temperaturkoeffizient, PTC) und Wärmepumpen-Klimaanlagenheizungen.
Einzelkühlklimaanlage + PTC
Der Widerstand des Thermistors in der PTC-Elektroheizung steigt mit steigender Temperatur, was zu einer Verringerung der Heizleistung führt. Daher weist der PTC-Thermistor konstante Temperatureigenschaften auf. Aufgrund der einfachen Zusammensetzung und des niedrigen Preises des PTC-Heizsystems verwenden frühe PTC-Heizsysteme die meisten Elektrofahrzeuge eine Einzelkühlungs-Klimaanlage und eine PTC-Elektroheizung, um den Kühl- und Heizbedarf des Fahrgastraums zu decken.
Bei der Kühlung im Sommer dient der im Luftkanal angeordnete Verdampfer zur Aufnahme von Wärme zur Erreichung des Kühlzwecks. Es gibt zwei Möglichkeiten zum Heizen. Eine Möglichkeit besteht darin, den Luft-PTC direkt im Luftkanal des Klimakastens anzuordnen. Wenn Heizbedarf besteht, wird der PTC aktiviert, um die Luft zu erwärmen. Die Luft im Kanal wird in den Fahrgastraum geleitet; Ein anderer Typ verwendet Wasser-PTC zum Erhitzen des sekundären Kältemittels, und das sekundäre Kältemittel strömt in den im Luftkanal angeordneten Warmluftkern, um die Luft im Luftkanal indirekt zu erwärmen und den Heizbedarf zu decken.
Wärmepumpen-Klimaanlage+PTC
Da PTC zum Heizen eine elektrische Heizung verwendet, beträgt die Heizeffizienz weniger als 1, sodass diese Heizmethode die Reichweite von Elektrofahrzeugen um 50 % reduzieren kann. Der theoretische Wirkungsgrad von Wärmepumpen liegt über 1, daher ist der Einsatz von Wärmepumpen als Ersatz für PTC-Heizungen zu einem Entwicklungstrend geworden. ｡Die Forschungsergebnisse von ZHANG et al. [18] zeigen, dass das Wärmepumpensystem im Vergleich zum PTC-Heizsystem 41,3 % Energie einsparen kann. 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 immer noch eine PTC-Elektroheizung benötigt wird.
Die Wärmepumpen-Klimaanlage realisiert die Umschaltung der Systemkühlung, Heizung, Entfeuchtung, Abtauung und anderer Modi über den Schalter des Ventilkörpers. Das Vierwege-Umkehrventil ist im Bereich der Haushaltsklimatisierung weit verbreitet und seine Anwendung in der Wärmepumpen-Klimaanlage von Elektrofahrzeugen kann eine gute Lösung für das Problem der Kältemittelumkehr beim Kühlen und Heizen des Systems sein. Diese Systemlösung weist weniger Teile, einen einfachen Aufbau und geringere Kosten auf. Das Vierwege-Umschaltventil weist jedoch einen schwierigen Kupfer-Aluminium-Schweißprozess auf und korrodiert leicht. Hoher und niedriger Druck. Es liegen Mängel vor, wie z. B. seitlich vorbeiströmende Luft, die die Systemleistung beeinträchtigt. Wärmepumpen-Klimaanlagen für Pkw nutzen meist eine Drei-Wärmetauscher-Lösung mit einem Außenwärmetauscher und zwei Innenwärmetauschern, und die Modusumschaltung erfolgt über mehrere Magnetventile.
Eine Wärmepumpen-Klimaanlage mit Kältemittel R134a kann den Fahrgastraum schnell aufheizen, wenn die Umgebungstemperatur über 0 Grad liegt. Beim Betrieb bei niedrigeren Temperaturen wird jedoch aufgrund des geringeren Kältemittelmassenstroms die Fähigkeit zur Aufnahme von Verdampfungswärme geschwächt; gleichzeitig sinkt der Saugdruck. , erhöht sich das Kompressordruckverhältnis, was zu einem verringerten Wirkungsgrad und einer verminderten Systemleistung führt. Studien haben gezeigt, dass bei einer Umgebungstemperatur von −10 Grad die Heizleistung der Wärmepumpen-Klimaanlage mit dem Kältemittel R134a so stark nachgelassen hat, dass sie den Heizbedarf der Kabine nicht mehr decken kann. Zu diesem Zeitpunkt muss die PTC-Elektroheizung zum Erhitzen des Kältemittels verwendet werden, um den Heizbedarf des Systems zu decken. Wang Ying et al. verwendeten experimentelle Methoden, um die Betriebseigenschaften des Vierwegeventils und der drei Wärmetauschersysteme zu vergleichen. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass das System mit drei Wärmetauschern beim Abtauen besser ist. ､Es hat mehr Vorteile bei der Entfeuchtung und die Energieeffizienz des Vierwegeventilsystems ist 7 % bis 15 % höher als die des Drei-Wärmetauscher-Systems.
Wärmepumpen-Klimaanlage + Abwärmerückgewinnung + PTC
Unser Land verfügt über ein riesiges Territorium und eine große Temperaturzone. Daher ist es notwendig, den Temperaturbereich für Wärmepumpen-Klimaanlagen zu erweitern. Die Abwärme von Motoren und Batterien ist im Winter eine wertvolle Wärmequelle. Viele Hersteller und wissenschaftliche Forschungseinrichtungen erwägen die Wiederverwendung dieses Teils der Wärme als zusätzliche Wärmequelle, um den Anwendungsbereich von Wärmepumpen-Klimaanlagen zu erweitern.
Das System kann Funktionen wie Kühlung, Heizung, Enteisung, Entfeuchtung und Entfeuchtung des Fahrgastraums realisieren. Es kann auch die Batterie und den Antriebsmotor heizen oder kühlen. Darüber hinaus kann die Abwärme von Batterie und Antriebsmotor rückgewonnen werden. Das Funktionsprinzip des Systems ist wie folgt: Die Funktionen Kühlen, Heizen, Entfeuchten, Enteisen und Beschlagen des Fahrgastraums werden durch die Schalterkombination des Magnetventils des Kältemittelkreislaufs realisiert; Dem Kältemittelkreislauf wird ein parallel zum Verdampfer geschalteter Batteriekühler (Chiller) hinzugefügt. Wenn die Batterie oder der Motor Kühlbedarf hat, strömt das Kältemittel durch das sekundäre Kältemittel des Kühlsekundärkreislaufs des Chillers; Wenn die Batterie oder der Antriebsmotor keinen großen Wärmeableitungsbedarf haben, kann der Zustand des Dreiwegeventils umgeschaltet werden, um den Fluss des sekundären Kältemittels zu steuern, um die Wärme durch den Kühler mit niedriger Temperatur nach außen abzugeben das Fahrzeug zum Abkühlen der Batterie oder des Antriebsmotors; Wenn die Batterie erwärmt werden muss, aktiviert der PTC die Heizung und realisiert die Heizfunktion durch die Einstellung des Dreiwegeventils auf der Kältemittelseite. Wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist, arbeitet die Wärmepumpe. Wenn die Klimaanlage nicht verwendet werden kann und die Batterie oder der Antriebsmotor Wärme abführen muss, nimmt das sekundäre Kältemittel die Wärme auf, die auf der Seite der Batterie oder des Antriebsmotors abgeführt werden muss. Es strömt über das Dreiwegeventil durch den Kühler und gibt die Wärme an die Kältemittelseite weiter, um den Fahrgastraum zu erwärmen. Der Betriebstemperaturbereich des Systems wird erweitert und die Energieeffizienz des Systems verbessert.
