Forschungsfortschritt des Wärmemanagements von Elektrofahrzeugen
Systemintegrationstechnologie
1. 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 eine Wärmequelle für die Beheizung des Fahrgastraums bereitzustellen. Zu den derzeit häufig verwendeten Heizmethoden für Elektrofahrzeuge gehören Elektroheizungen mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) und Wärmepumpen-Klimaanlagenheizungen.
1.1 Einzelkühlklimaanlage + 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 verwendeten die meisten frühen Elektrofahrzeuge eine Einzelkühlungs-Klimaanlage und eine elektrische PTC-Heizung, um den Kühl- und Heizbedarf des Fahrgastraums zu decken. Abbildung 1 ist ein Systemdiagramm einer einzelnen Kühlklimaanlage + PTC. Bei der Sommerkühlung dient der im Luftkanal angeordnete Verdampfer zur Aufnahme von Wärme zur Erreichung des Kühlzwecks. Es gibt zwei Möglichkeiten zum Heizen. Eine besteht darin, den PTC direkt im Luftkanal des Klimakastens anzuordnen, wie in Abbildung 1(a) gezeigt. Bei Heizbedarf wird der PTC aktiviert und die Luft im beheizten Luftkanal in den Fahrgastraum geleitet; Das andere ist: Wie in Abbildung 1(b) gezeigt, erwärmt der Wasser-PTC das Kältemittel, und das Kältemittel strömt in den im Luftkanal angeordneten Warmluftkern und erwärmt die Luft im Luftkanal indirekt, um den Heizbedarf zu decken.
1.2 Wärmepumpen-Klimaanlage + PTC
Da PTC elektrische Heizung verwendet und der Heizwirkungsgrad weniger als 1 beträgt, kann diese Heizmethode die Reichweite von Elektrofahrzeugen um 50 % reduzieren. Der theoretische Wirkungsgrad von Wärmepumpen liegt über 1 und der Einsatz von Wärmepumpen anstelle von PTC-Heizungen hat sich zu einem Entwicklungstrend entwickelt.
Wärmepumpen-Klimaanlage + PTC-System mit elektromagnetischem Vierwege-Umschaltventil und drei Wärmetauschern. Die Wärmepumpen-Klimaanlage realisiert die Umschaltung der Systemkühlung, Heizung, Entfeuchtung, Enteisung und anderer Modi über den Schalter des Ventilkörpers. Das Vierwege-Umschaltventil ist im Bereich der Haushaltsklimatisierung weit verbreitet. Seine Anwendung in der Wärmepumpen-Klimaanlage von Elektrofahrzeugen kann das Problem der Kältemittelumkehr beim Kühlen und Heizen des Systems gut lösen, wie in Abbildung 2(a) dargestellt. Diese Systemlösung weist weniger Teile auf, ist einfach aufgebaut und kostengünstig. Allerdings weist das Vierwege-Umschaltventil Mängel auf, da der Kupfer-Aluminium-Schweißprozess schwierig ist und leicht korrodiert. Auf der Hoch- und Niederdruckseite entsteht Blow-by-Gas, das die Systemleistung beeinträchtigt. Klimaanlagen mit Wärmepumpe für Personenkraftwagen verwenden meist eine Drei-Wärmetauscher-Lösung mit einem Außenwärmetauscher und zwei Innenwärmetauschern, und die Modusumschaltung erfolgt über mehrere Magnetventile, wie in Abbildung 2(b) dargestellt.
1.3 Wärmepumpen-Klimaanlage + Abwärmerückgewinnung + PTC
Unser Land verfügt über ein riesiges Territorium und eine große Temperaturzone, 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 wissenschaftliche Forschungseinrichtungen erwägen die Rückgewinnung dieser Wärme als zusätzliche Wärmequelle, um den Einsatzbereich von Wärmepumpen-Klimaanlagen zu erweitern.
Abbildung 3 ist ein Diagramm eines Wärmemanagementsystems für Elektrofahrzeuge mit Wärmepumpen-Klimaanlage + Abwärmerückgewinnung + PTC. Dieses System kann Funktionen wie Kühlung, Heizung, Enteisung, Beschlagentfernung und Entfeuchtung der Fahrgastkabine realisieren und außerdem die Batterie und den Antriebsmotor heizen oder kühlen. Darüber hinaus kann eine Abwärmerückgewinnung aus Batterien und Antriebsmotoren erreicht werden. Das Funktionsprinzip dieses 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 Antriebsmotor Kühlbedarf hat, strömt das Kältemittel durch den Kühler, um das sekundäre Kältemittel im Sekundärkreislauf zu kühlen; Wenn die Batterie oder der Antriebsmotor keinen großen Bedarf an Wärmeableitung haben, kann der Zustand des Dreiwegeventils umgeschaltet werden, um das sekundäre Kältemittel zu steuern. In Strömungsrichtung wird die Wärme über den Niedertemperaturkühler zur Kühlung der Batterie bzw. des Antriebsmotors an die Außenseite des Fahrzeugs abgegeben; 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, die Wärmepumpen-Klimaanlage nicht verwendet werden kann und die Batterie oder der Antriebsmotor Wärme abführen muss, nimmt das sekundäre Kältemittel die Wärme auf, die es auf der Batterie- oder Antriebsmotorseite abführen muss, und fließt durch die drei -Wegeventil durch den Kühler und tauscht die Wärme auf die Kältemittelseite aus. Durch die Beheizung des Fahrgastraums wird der Betriebstemperaturbereich des Systems erweitert und die Energieeffizienz des Systems verbessert.