Een overzicht van onderzoek naar BTMS voor elektrische voertuigen

1. Overzicht van thermisch beheer in de cockpit (auto-airconditioning)

Het airconditioningsysteem is essentieel voor het thermisch beheer van de auto. Zowel de bestuurder als de passagiers willen comfort in de auto. De belangrijkste functie van de auto-airconditioning is het creëren van een comfortabele rijomgeving door de temperatuur, luchtvochtigheid en luchtstroom in het passagierscompartiment te reguleren. Het principe van de meeste auto-airconditioners is het koelen of verwarmen van de temperatuur in de auto door middel van het thermofysische principe van verdamping en condensatie. Bij lage buitentemperaturen wordt verwarmde lucht naar de cabine geleid, zodat de bestuurder en passagiers het niet koud hebben; bij hoge buitentemperaturen wordt gekoelde lucht naar de cabine geleid, waardoor de bestuurder en passagiers het koeler hebben. De auto-airconditioning speelt dus een zeer belangrijke rol in de klimaatregeling van de auto en het comfort van de inzittenden.

1.1 Airconditioningsysteem voor elektrische voertuigen en werkingsprincipe
Omdat de aandrijfmechanismen van elektrische voertuigen en traditionele voertuigen verschillen, wordt de airconditioningcompressor van voertuigen op brandstof aangedreven door de motor, terwijl die van elektrische voertuigen door een elektromotor wordt aangedreven. Daarom kan de airconditioningcompressor in elektrische voertuigen niet door de motor worden aangedreven. Er wordt een elektrische compressor gebruikt om het koelmiddel te comprimeren. Het basisprincipe van elektrische voertuigen is hetzelfde als dat van traditionele voertuigen op brandstof. Condensatie wordt gebruikt om warmte af te geven en verdamping om warmte te absorberen en zo het passagierscompartiment te koelen. Het enige verschil is dat de compressor is vervangen door een elektrische compressor. Momenteel wordt voornamelijk de scrollcompressor gebruikt om het koelmiddel te comprimeren.

1) Halfgeleiderverwarmingssysteem: Een halfgeleiderverwarmingssysteem maakt gebruik van halfgeleiderelementen en -aansluitingen voor koeling en verwarming. In dit systeem is de thermokoppel de basiscomponent voor koeling en verwarming. Door twee halfgeleiderelementen met elkaar te verbinden, ontstaat een thermokoppel. Wanneer gelijkstroom wordt aangelegd, wordt er warmte en een temperatuurverschil gegenereerd op het grensvlak, waardoor de cabine wordt verwarmd. Het belangrijkste voordeel van halfgeleiderverwarming is dat de cabine snel kan worden verwarmd. Het grootste nadeel is echter het hoge elektriciteitsverbruik. Voor elektrische voertuigen, waarbij een laag brandstofverbruik belangrijk is, is dit een doorslaggevend nadeel. Daarom voldoet het systeem niet aan de eisen voor energiebesparing in airconditioningsystemen van elektrische voertuigen. Het is dan ook van groot belang dat er onderzoek wordt gedaan naar halfgeleiderverwarmingsmethoden en dat er efficiënte en energiezuinige systemen worden ontwikkeld.

2) Positieve temperatuurcoëfficiënt(PTC) luchtverwarmerHet belangrijkste onderdeel van een PTC-verwarmingselement is de thermistor, die wordt verwarmd door een elektrische verwarmingsdraad en elektrische energie direct omzet in warmte-energie. Een PTC-luchtverwarmingssysteem vervangt de warmeluchtunit van een traditioneel voertuig door een PTC-luchtverwarmer. Een ventilator blaast de verwarmde buitenlucht door de PTC-verwarmer en stuurt de verwarmde lucht vervolgens naar het interieur van de auto om dit te verwarmen. Omdat het systeem direct elektriciteit verbruikt, is het energieverbruik van elektrische voertuigen relatief hoog wanneer de verwarming aan staat.

3) PTC-waterverwarming:PTC-koelvloeistofverwarmingNet als PTC-luchtverwarming genereert dit systeem warmte door elektriciteit te verbruiken. Het koelvloeistofverwarmingssysteem verwarmt echter eerst de koelvloeistof met een PTC-thermometer tot een bepaalde temperatuur, waarna de koelvloeistof in de warmeluchtkern wordt gepompt. Daar wisselt de koelvloeistof warmte uit met de omgevingslucht, waarna een ventilator de verwarmde lucht de cabine in blaast om deze te verwarmen. Vervolgens wordt het koelwater, dat door een PTC-thermometer wordt verwarmd, heen en weer gepompt. Dit verwarmingssysteem is betrouwbaarder en veiliger dan PTC-luchtkoeling.

4) Warmtepomp-airconditioningsysteem: Het principe van een warmtepomp-airconditioningsysteem is hetzelfde als dat van een traditioneel auto-airconditioningsysteem, maar een warmtepomp-airconditioner kan de cabine zowel verwarmen als koelen.