Tradicionalne klimatske naprave s toplotnimi črpalkami imajo nizko učinkovitost ogrevanja in nezadostno ogrevalno zmogljivost v hladnem okolju, kar omejuje scenarije uporabe električnih vozil. Zato je bila razvita in uporabljena vrsta metod za izboljšanje delovanja klimatskih naprav s toplotnimi črpalkami pri nizkih temperaturah. Z racionalnim povečanjem sekundarnega kroga izmenjave toplote se ob hlajenju akumulatorja in motornega sistema preostala toplota reciklira za izboljšanje ogrevalne zmogljivosti električnih vozil pri nizkih temperaturah. Eksperimentalni rezultati kažejo, da je ogrevalna zmogljivost klimatske naprave s toplotno črpalko za rekuperacijo odpadne toplote bistveno izboljšana v primerjavi s tradicionalno klimatsko napravo s toplotno črpalko. Toplotna črpalka za rekuperacijo odpadne toplote z globljo stopnjo povezave vsakega podsistema toplotnega upravljanja in sistem toplotnega upravljanja vozila z višjo stopnjo integracije se uporabljata v modelih Tesla Model Y in Volkswagen ID4. Uporabljeni so bili tudi modeli CROZZ in drugi (kot je prikazano na desni). Vendar pa pri nižji temperaturi okolice in manjši količini rekuperacije odpadne toplote samo rekuperacija odpadne toplote ne more zadostiti potrebam po ogrevalni zmogljivosti v nizkotemperaturnih okoljih, zato so za nadomestitev pomanjkanja ogrevalne zmogljivosti v zgoraj navedenih primerih še vedno potrebni grelniki PTC. Vendar pa je s postopnim izboljševanjem stopnje integracije toplotnega upravljanja električnih vozil mogoče povečati količino rekuperacije odpadne toplote z razumnim povečanjem toplote, ki jo ustvari motor, s čimer se poveča ogrevalna zmogljivost in COP sistema toplotne črpalke ter se izognemo uporabiPTC grelec hladilne tekočine/PTC grelec zraka. Medtem ko dodatno zmanjšuje stopnjo zasedenosti prostora sistema za upravljanje toplote, ta zadovoljuje potrebe po ogrevanju električnih vozil v okolju z nizkimi temperaturami. Poleg rekuperacije in izkoriščanja odpadne toplote iz baterij in motornih sistemov je izkoriščanje povratnega zraka tudi način za zmanjšanje porabe energije sistema za upravljanje toplote v pogojih nizkih temperatur. Rezultati raziskav kažejo, da lahko v okolju z nizkimi temperaturami razumni ukrepi za izkoriščanje povratnega zraka zmanjšajo ogrevalno zmogljivost, ki jo potrebujejo električna vozila, za 46 % do 62 %, hkrati pa se izognejo rosenju in zmrzovanju stekel, porabo energije za ogrevanje pa lahko zmanjšajo za do 40 %. Denso Japan je razvil tudi ustrezno dvoslojno strukturo povratnega/svežega zraka, ki lahko zmanjša izgubo toplote zaradi prezračevanja za 30 %, hkrati pa prepreči rosenje. Na tej stopnji se okoljska prilagodljivost upravljanja toplote električnih vozil v ekstremnih pogojih postopoma izboljšuje in se razvija v smeri integracije in ozelenitve.
Da bi še izboljšali učinkovitost toplotnega upravljanja baterije pri pogojih visoke porabe energije in zmanjšali kompleksnost toplotnega upravljanja, je trenutna tehnična rešitev tudi metoda neposrednega hlajenja in neposrednega ogrevanja baterije, ki hladilno sredstvo neposredno pošilja v baterijski sklop za izmenjavo toplote. Konfiguracija toplotnega upravljanja neposredne izmenjave toplote med baterijskim sklopom in hladilnim sredstvom je prikazana na sliki na desni. Tehnologija neposrednega hlajenja lahko izboljša učinkovitost izmenjave toplote in stopnjo izmenjave toplote, doseže bolj enakomerno porazdelitev temperature znotraj baterije, zmanjša sekundarno zanko in poveča rekuperacijo odpadne toplote sistema, s čimer se izboljša učinkovitost regulacije temperature baterije. Vendar pa je zaradi tehnologije neposredne izmenjave toplote med baterijo in hladilnim sredstvom treba povečati hlajenje in ogrevanje z delovanjem sistema toplotne črpalke. Po eni strani je regulacija temperature baterije omejena z zagonom in zaustavitvijo klimatske naprave s toplotno črpalko, kar ima določen vpliv na delovanje hladilne zanke. Po eni strani pa to omejuje tudi uporabo naravnih virov hlajenja v prehodnih sezonah, zato ta tehnologija še potrebuje nadaljnje raziskave, izboljšave in oceno uporabe.
Napredek raziskav ključnih komponent
Sistem za upravljanje temperature električnih vozil (HVCH) je sestavljen iz več komponent, med katerimi so predvsem električni kompresorji, elektronski ventili, toplotni izmenjevalniki, različne cevovode in rezervoarji za tekočine. Med njimi so kompresor, elektronski ventil in toplotni izmenjevalnik osrednje komponente sistema toplotne črpalke. Ker povpraševanje po lahkih električnih vozilih še naprej narašča in se stopnja sistemske integracije še poglablja, se tudi komponente za upravljanje toplote električnih vozil razvijajo v smeri lahkih, integriranih in modularnih komponent. Da bi izboljšali uporabnost električnih vozil v ekstremnih pogojih, se razvijajo in ustrezno uporabljajo tudi komponente, ki lahko normalno delujejo v ekstremnih pogojih in izpolnjujejo zahteve glede delovanja avtomobilskega upravljanja toplote.
Čas objave: 4. april 2023
