1. Zahteve za upravljanje temperature električnih vozil (HVCH)
Potniški prostor je prostor, v katerem voznik prebiva med vožnjo. Da bi vozniku zagotovili udobno vozno okolje, mora toplotno upravljanje potniškega prostora nadzorovati temperaturo, vlažnost in temperaturo dovoda zraka v notranjost vozila. Zahteve glede toplotnega upravljanja potniškega prostora v različnih pogojih so prikazane v tabeli 1.
Nadzor temperature akumulatorja je pomemben predpogoj za učinkovito in varno delovanje električnih vozil. Previsoka temperatura lahko povzroči puščanje tekočine in spontano zgorevanje, kar vpliva na varnost vožnje; prenizka temperatura pa do neke mere zmanjša zmogljivost polnjenja in praznjenja akumulatorja. Zaradi visoke energijske gostote in majhne teže so litijevi akumulatorji postali najpogosteje uporabljeni akumulatorji za električna vozila. Zahteve glede nadzora temperature litijevih akumulatorjev in toplotna obremenitev akumulatorja v različnih pogojih, ocenjene v skladu z literaturo, so prikazane v tabeli 2. S postopnim povečevanjem energijske gostote akumulatorjev, širitvijo temperaturnega območja delovnega okolja in povečanjem hitrosti polnjenja je pomen nadzora temperature akumulatorja v sistemu toplotnega upravljanja postal vse bolj pomemben, ne le zaradi različnih cestnih razmer in različnih načinov polnjenja in praznjenja. Spreminjanje temperaturne obremenitve glede na delovne pogoje vozila, enakomernost temperaturnega polja med akumulatorji ter preprečevanje in nadzor toplotnega pobega morajo izpolnjevati vse zahteve glede nadzora temperature v različnih okoljskih pogojih, kot so hud mraz, visoka vročina in visoka vlažnost ter vroča poletna in mrzla zimska območja.
2. Prva stopnja ogrevanja s PTC
V začetni fazi industrializacije električnih vozil je osnovna tehnologija v osnovi zasnovana na zamenjavi baterij, motorjev in drugih energetskih sistemov, ki temeljijo na postopnih izboljšavah. Klimatska naprava v vozilih na gorivo in klimatska naprava v vozilih na gorivo delujeta hladilno funkcijo s ciklom kompresije pare. Razlika med njima je v tem, da kompresor klimatske naprave v vozilih na gorivo posredno poganja motor prek jermena, medtem ko v vozilih na gorivo hladilni cikel poganja neposredno električni kompresor. Ko se vozila na gorivo pozimi ogrevajo, se odpadna toplota motorja neposredno uporablja za ogrevanje potniške kabine brez dodatnega vira toplote. Vendar pa odpadna toplota motorja vozil na gorivo ne more zadostiti potrebam ogrevanja pozimi. Zato je zimsko ogrevanje problem, ki ga morajo rešiti vozila na električno energijo. Grelec s pozitivnim temperaturnim koeficientom (PTC) je sestavljen iz keramičnega grelnega elementa PTC in aluminijaste cevi (PTC grelec hladilne tekočine/PTC grelec zraka), ki ima prednosti majhne toplotne upornosti in visoke učinkovitosti prenosa toplote ter se uporablja v karoseriji vozil na gorivo. Zato so zgodnja električna vozila uporabljala hlajenje s kompresijskim hladilnim ciklom s paro in ogrevanje s PTC za doseganje toplotnega upravljanja potniške kabine.
2.1 Uporaba tehnologije toplotnih črpalk v drugi fazi
V dejanski uporabi imajo električna vozila pozimi veliko potrebo po energiji za ogrevanje. S termodinamičnega vidika je COP ogrevanja s PTC vedno manjši od 1, zaradi česar je poraba energije ogrevanja s PTC visoka, stopnja izkoriščenosti energije pa nizka, kar resno omejuje prevožene kilometre električnih vozil. Tehnologija toplotnih črpalk uporablja cikel kompresije pare za izkoriščanje nizkocenovne toplote iz okolja, teoretični COP med ogrevanjem pa je večji od 1. Zato lahko uporaba sistema toplotne črpalke namesto PTC poveča doseg električnih vozil v ogrevalnih pogojih. Z nadaljnjim izboljšanjem zmogljivosti in moči akumulatorja se postopoma povečuje tudi toplotna obremenitev med delovanjem akumulatorja. Tradicionalna struktura zračnega hlajenja ne more izpolniti zahtev glede nadzora temperature akumulatorja. Zato je tekoče hlajenje postalo glavna metoda nadzora temperature akumulatorja. Poleg tega, ker je udobna temperatura, ki jo potrebuje človeško telo, podobna temperaturi, pri kateri akumulator normalno deluje, je mogoče potrebe po hlajenju potniškega prostora in akumulatorja zadovoljiti z vzporedno povezavo toplotnih izmenjevalnikov v sistemu toplotne črpalke v potniškem prostoru. Toploto baterije posredno odvajata toplotni izmenjevalnik in sekundarno hlajenje, stopnja integracije sistema za upravljanje temperature električnega vozila pa se je izboljšala. Čeprav se je stopnja integracije izboljšala, sistem za upravljanje temperature na tej stopnji le integrira hlajenje baterije in potniške kabine, odpadna toplota baterije in motorja pa ni bila učinkovito izkoriščena.
Čas objave: 4. april 2023
