La historia del desarrollo del vehículo eléctricoTérmico
Tecnología de gestión
La gestión térmica del vehículo es una de las tecnologías centrales para el desarrollo de vehículos eléctricos, que implica una gestión de múltiples objetivos, como el control ambiental de la temperatura y la humedad de la cabina de pasajeros, el control de la temperatura del sistema de energía, el antivaho y desempañado de vidrios, etc. Según la gestión térmica Arquitectura del sistema y grado de integración, el desarrollo de la gestión térmica del vehículo eléctrico se resume en tres etapas, como se muestra en la Figura 1. Desde refrigeración única combinada con calefacción eléctrica hasta bombas de calor combinadas con calefacción auxiliar eléctrica y el acoplamiento gradual de zonas de amplia temperatura. Bombas de calor con gestión térmica del vehículo, la tecnología de gestión térmica del vehículo de los vehículos eléctricos se está desarrollando gradualmente en una dirección altamente integrada e inteligente, y en un amplio rango de temperaturas, la capacidad de adaptabilidad ambiental en condiciones regionales y extremas se mejora gradualmente.
ⅠCalentamiento PTC de primera etapa
En la etapa inicial de industrialización de los vehículos eléctricos, estos se desarrollaron básicamente con la sustitución de sistemas de energía como baterías y motores como tecnologías centrales. Los sistemas auxiliares, como el aire acondicionado de la cabina, el desempañamiento de las ventanas y el control de la temperatura de los componentes eléctricos, se basaron en la tecnología tradicional de gestión térmica de los vehículos de combustible. Basado en la mejora gradual. Tanto los aires acondicionados para vehículos eléctricos puros como los aires acondicionados para vehículos de combustible logran funciones de refrigeración a través de un ciclo de compresión de vapor. La diferencia entre los dos es que el compresor de aire acondicionado de los vehículos de combustible es impulsado indirectamente por el motor a través de una correa, mientras que los vehículos eléctricos puros utilizan directamente un compresor eléctrico para impulsar la refrigeración. ciclo. Al calentar un vehículo de combustible en invierno, el calor residual del motor se aprovecha directamente para calentar el habitáculo sin necesidad de fuentes de calor adicionales. Sin embargo, el calor residual del motor de los vehículos eléctricos puros no puede satisfacer las necesidades de calefacción en invierno. Por tanto, la calefacción en invierno es un problema que los vehículos eléctricos puros deben resolver.
Cuando un vehículo eléctrico funciona normalmente, la batería se descarga y genera calor, lo que hace que la temperatura aumente, lo que requiere que la batería se enfríe. Los métodos de enfriamiento de baterías incluyen principalmente enfriamiento por aire, enfriamiento por líquido, enfriamiento de material por cambio de fase y enfriamiento por tubo de calor. Debido a que el enfriamiento por aire tiene una estructura simple, bajo costo y fácil mantenimiento, se usó ampliamente en los primeros vehículos eléctricos. La principal forma de gestión térmica en esta etapa es que cada subsistema independiente satisfaga las necesidades de gestión térmica.
ⅡLa segunda etapa de la aplicación de la tecnología de bomba de calor.
En el uso real, los vehículos eléctricos tienen una mayor demanda de energía para calefacción en invierno. Desde un punto de vista termodinámico, el COP de la calefacción PTC es siempre inferior a 1, lo que hace que el consumo de energía de calefacción PTC sea alto y la tasa de utilización de energía baja, lo que restringe seriamente los vehículos eléctricos. kilometraje. La tecnología de bomba de calor utiliza un ciclo de compresión de vapor para utilizar el calor de baja calidad del medio ambiente. El COP teórico durante la calefacción es mayor que 1. Por lo tanto, el uso de un sistema de bomba de calor en lugar de PTC puede aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos en condiciones de calefacción.
Sin embargo, en entornos de baja temperatura, la capacidad de calefacción de los sistemas tradicionales de bomba de calor se ve muy atenuada y no puede satisfacer las necesidades de calefacción de los vehículos eléctricos en entornos de baja temperatura. Para la calefacción auxiliar se necesitan calefactores adicionales. Por lo tanto, el método de calefacción de bombas de calor más calor auxiliar PTC se ha convertido en un método de calefacción importante para vehículos eléctricos en ambientes de baja temperatura en invierno. El principal método de calefacción de cabina. A medida que la capacidad y la potencia de las baterías eléctricas aumentan aún más, la carga térmica durante el funcionamiento de las baterías eléctricas también aumenta gradualmente. La estructura tradicional de refrigeración por aire no puede satisfacer las necesidades de control de temperatura de las baterías eléctricas, por lo que la refrigeración líquida se ha convertido en el principal método de control de temperatura de las baterías.
Además, dado que la temperatura confortable requerida por el cuerpo humano es similar a la temperatura a la que funciona normalmente la batería de energía, las necesidades de refrigeración del compartimiento de pasajeros y de la batería de energía pueden satisfacerse respectivamente conectando intercambiadores de calor en paralelo en la calefacción de la cabina de pasajeros. sistema de bomba. El calor de la batería se elimina indirectamente a través del intercambiador de calor y el enfriamiento secundario, y se ha mejorado el grado de integración de todo el sistema de gestión térmica de los vehículos eléctricos. Aunque el grado de integración ha mejorado, el sistema de gestión térmica en esta etapa sólo integra brevemente la refrigeración de la batería y la refrigeración del compartimiento de pasajeros, y el calor residual de la batería y el motor no se ha utilizado de manera efectiva.
ⅢDesarrollo de tecnología integrada para bomba de calor de zona de temperatura amplia y gestión térmica de vehículos.
Los acondicionadores de aire con bomba de calor tradicionales tienen una baja eficiencia de calefacción y una capacidad de calefacción insuficiente en ambientes muy fríos, lo que restringe los escenarios de aplicación de los vehículos eléctricos. Por lo tanto, se han desarrollado y aplicado una serie de métodos para mejorar el rendimiento de los acondicionadores de aire con bomba de calor en condiciones de baja temperatura. Al agregar razonablemente un circuito secundario de intercambio de calor, mientras se enfría la batería y el sistema del motor, el calor restante se recicla para aumentar la capacidad de calefacción de los vehículos eléctricos en condiciones de baja temperatura. Los resultados experimentales muestran que la capacidad de calefacción de los acondicionadores de aire con bomba de calor con recuperación de calor residual aumenta significativamente en comparación con los acondicionadores de aire con bomba de calor tradicionales.
Sin embargo, cuando la temperatura ambiente es más baja y la cantidad de recuperación de calor residual es menor, la recuperación de calor residual por sí sola todavía no puede satisfacer la demanda de capacidad de calefacción en ambientes de baja temperatura. Aún es necesario utilizar calentadores PTC para compensar la falta de capacidad de calefacción en las situaciones anteriores. Sin embargo, con la mejora gradual de la integración de la gestión térmica de los tranvías, la cantidad de recuperación de calor residual se puede aumentar aumentando razonablemente el calor generado por el motor, aumentando así la capacidad de calefacción y el COP del sistema de bomba de calor y evitando el uso. de calentadores PTC. Reduce aún más la ocupación de espacio del sistema de gestión térmica al tiempo que satisface las necesidades de calefacción de los vehículos eléctricos en entornos de baja temperatura.
Además de reciclar el calor residual de las baterías y los sistemas de motores, la utilización del aire de retorno también es una forma de reducir el consumo de energía de los sistemas de gestión térmica en condiciones de baja temperatura. Los resultados de la investigación muestran que en entornos de baja temperatura, medidas razonables de utilización del aire de retorno pueden evitar el empañamiento y la escarcha en las ventanillas de los automóviles y, al mismo tiempo, reducir la energía de calefacción requerida por los vehículos eléctricos entre un 46% y un 62%, y pueden reducir el consumo de energía de calefacción en aproximadamente un 40% en mayoría. . Nippon Denso también ha desarrollado una estructura correspondiente de aire de retorno/aire fresco de doble capa, que puede evitar el empañamiento y reducir la pérdida de calor causada por la ventilación en un 30%. En esta etapa, la adaptabilidad ambiental de la gestión térmica de los vehículos eléctricos en condiciones extremas está mejorando gradualmente y se está desarrollando en la dirección de la integración y la ecologización.
Para mejorar aún más la eficiencia de la gestión térmica de la batería en condiciones de alta potencia y reducir la complejidad de la gestión térmica, el método de control de temperatura de la batería de enfriamiento directo y calentamiento directo que envía directamente el refrigerante al paquete de baterías para el intercambio de calor también es una opción actual. solución técnica. La configuración de gestión térmica del intercambio de calor directo entre el paquete de baterías y el refrigerante se muestra en la Figura 5. La tecnología de enfriamiento directo puede mejorar la eficiencia del intercambio de calor y la transferencia de calor, lograr una distribución de temperatura más uniforme dentro de la batería, reducir los circuitos secundarios y aumentar el desperdicio del sistema. recuperación de calor, mejorando así el rendimiento del control de temperatura de la batería. Sin embargo, dado que la tecnología de intercambio de calor directo entre la batería y el refrigerante requiere que el sistema de bomba de calor aumente el calor de enfriamiento, por un lado, el control de temperatura de la batería está limitado por el arranque y la parada del sistema de aire acondicionado de la bomba de calor, que tiene un cierto impacto en el rendimiento del circuito de refrigerante. También limita el uso de fuentes naturales de frío en las estaciones de transición, por lo que esta tecnología aún necesita más investigación y evaluación de aplicaciones.
