Introducció al sistema de gestió tèrmica
El sistema de gestió tèrmica dels vehicles elèctrics ha evolucionat a partir del sistema de gestió tèrmica dels vehicles de combustible tradicionals, i la configuració del sistema també s'ha desenvolupat gradualment des de la independència relativa de cada circuit de gestió tèrmica fins a la direcció d'integració. Com que no cal utilitzar calor residual del motor, calen equips addicionals per proporcionar una font de calor per escalfar l'habitacle. Actualment, els mètodes de calefacció més utilitzats per als vehicles elèctrics inclouen la calefacció elèctrica amb coeficient de temperatura positiu (PTC) i la calefacció per aire condicionat amb bomba de calor.
1. Aire condicionat de refrigeració individual + PTC
La resistència del termistor de l'escalfador elèctric PTC augmentarà amb l'augment de la temperatura, donant lloc a una disminució de la potència de calefacció, de manera que el termistor PTC té una característica de temperatura constant. A causa de la composició senzilla i el baix preu del sistema de calefacció PTC, la majoria dels primers vehicles elèctrics utilitzen refrigeració d'aire condicionat de refrigeració única i calefacció per escalfador elèctric PTC per satisfer les necessitats de refrigeració i calefacció de l'habitacle. La figura 1 és un diagrama del sistema d'un únic aire condicionat de refrigeració + PTC. En la refrigeració d'estiu, l'evaporador disposat al conducte d'aire s'utilitza per absorbir la calor per aconseguir el propòsit de refrigeració. Hi ha dues solucions per a la calefacció. Un és disposar el PTC d'aire directament al conducte d'aire de la caixa de l'aire condicionat, tal com es mostra a la figura 1 (a). Quan hi ha una demanda de calefacció, el PTC s'activa per escalfar l'aire del conducte d'aire i passar-lo a l'habitacle; l'altre és escalfar el refrigerant mitjançant el PTC d'aigua, tal com es mostra a la figura 1 (b), i el refrigerant flueix al nucli d'aire calent disposat al conducte d'aire per escalfar indirectament l'aire del conducte d'aire per satisfer la demanda de calefacció.
2. Bomba de calor aire condicionat + PTC
Com que PTC utilitza calefacció elèctrica per escalfar, l'eficiència de calefacció és inferior a 1, de manera que aquest mètode de calefacció pot reduir l'autonomia de conducció dels vehicles elèctrics en un 50%. L'eficiència teòrica de les bombes de calor és superior a 1, i l'ús de bombes de calor en lloc de la calefacció PTC s'ha convertit en una tendència de desenvolupament. Els resultats de la investigació de ZHANG et al. demostren que els sistemes de bomba de calor poden estalviar un 41,3% d'energia en comparació amb els sistemes de calefacció PTC. Com que la majoria dels vehicles elèctrics utilitzen actualment R134a com a fluid de treball, quan la temperatura ambient és inferior a -10 graus, l'eficiència i la fiabilitat del sistema de bomba de calor es redueixen, de manera que els escalfadors elèctrics PTC encara són necessaris per a la calefacció auxiliar.
La figura 2 mostra un sistema d'aire condicionat amb bomba de calor + PTC que utilitza una vàlvula inversora electromagnètica de quatre vies i un intercanviador de tres calors. El sistema d'aire condicionat de la bomba de calor canvia entre els modes de refrigeració, calefacció, deshumidificació i descongelació del sistema mitjançant l'interruptor del cos de la vàlvula. La vàlvula inversora de quatre vies s'ha utilitzat àmpliament en el camp de l'aire condicionat domèstic. Aplicar-lo al sistema d'aire condicionat de la bomba de calor del vehicle elèctric pot resoldre bé el problema d'inversió del refrigerant durant la refrigeració i la calefacció del sistema, tal com es mostra a la figura 2 (a). La solució del sistema té pocs components, una estructura senzilla i un baix cost. Tanmateix, el procés de soldadura de coure-alumini de la vàlvula inversora de quatre vies és difícil i és molt fàcil de corroir. Hi ha gasos als costats d'alta i baixa pressió, que afecta el rendiment del sistema. El sistema d'aire condicionat de bomba de calor dels cotxes de passatgers sol adoptar una solució de tres intercanviadors de calor amb un intercanviador de calor exterior i dos intercanviadors de calor interiors, i el mode es canvia a través de múltiples vàlvules solenoides, tal com es mostra a la figura 2 (b).
3. Bomba de calor aire condicionat + recuperació calor residual + PTC
El meu país té un ampli territori i un ampli rang de temperatures, per la qual cosa cal ampliar el rang de temperatures dels aparells d'aire condicionat amb bomba de calor. La calor residual de motors i bateries és una font de calor valuosa a l'hivern. Molts fabricants i institucions de recerca consideren reciclar aquesta part de la calor com una font de calor auxiliar per ampliar l'ús d'aire condicionat amb bomba de calor.
La figura 3 és un esquema d'un sistema de gestió tèrmica d'un vehicle elèctric que utilitza aire condicionat amb bomba de calor + recuperació de calor residual + PTC. El sistema pot realitzar funcions com la refrigeració de l'habitacle, la calefacció, la descongelació, la desempañament i la deshumidificació. Al mateix temps, pot escalfar o refredar la bateria i el motor d'accionament, i també pot realitzar la recuperació de calor residual de la bateria i el motor d'accionament. El principi de funcionament del sistema és el següent: les funcions de refrigeració, calefacció, deshumidificació, descongelació i desempançament de l'habitacle es realitzen mitjançant la combinació d'interruptors de la vàlvula de solenoide del circuit de refrigerant; s'afegeix al circuit refrigerant un refrigerador de bateria (Chiller) connectat en paral·lel amb l'evaporador. Quan la bateria o el motor d'accionament té una demanda de refrigeració, el refrigerant flueix a través del refrigerador per refredar el refrigerant al circuit secundari; quan la bateria o el motor d'accionament no té una gran demanda de dissipació de calor, la direcció del flux del refrigerant es pot controlar canviant l'estat de la vàlvula de tres vies i la calor es pot descarregar a l'exterior del vehicle a través del baix -radiador de temperatura per aconseguir el refredament de la bateria o del motor d'accionament; quan la bateria té una demanda de calefacció, el PTC s'activa per escalfar i la funció de calefacció s'aconsegueix ajustant la vàlvula de tres vies al costat del refrigerant; quan la temperatura ambient és baixa, l'aire condicionat de la bomba de calor no es pot utilitzar i la bateria o el motor d'accionament té una demanda de dissipació de calor, el refrigerant absorbeix la calor que s'ha de dissipar al costat de la bateria o del motor d'accionament, flueix a través del refrigerador. la vàlvula de tres vies i intercanvia la calor al costat del refrigerant per escalfar l'habitacle, ampliant el rang de temperatura de funcionament del sistema i millorant l'eficiència energètica del sistema.
