1. Vereisten voor thermisch beheer van elektrische voertuigen(HVCH)
Het passagierscompartiment is de ruimte waarin de bestuurder zich bevindt tijdens het rijden. Om een comfortabele rijomgeving voor de bestuurder te garanderen, moet het thermisch beheer van het passagierscompartiment de temperatuur, luchtvochtigheid en temperatuur van de toevoerlucht in het interieur van het voertuig regelen. De eisen aan het thermisch beheer van het passagierscompartiment onder verschillende omstandigheden worden weergegeven in Tabel 1.
Temperatuurregeling van accu's is een belangrijke voorwaarde voor een efficiënte en veilige werking van elektrische voertuigen. Een te hoge temperatuur kan leiden tot lekkage van vloeistof en spontane ontbranding, wat de rijveiligheid beïnvloedt. Een te lage temperatuur kan de laad- en ontlaadcapaciteit van de accu verminderen. Lithiumaccu's zijn, dankzij hun hoge energiedichtheid en lichte gewicht, de meest gebruikte accu's voor elektrische voertuigen. Tabel 2 toont de temperatuurregelingseisen voor lithiumaccu's en de warmtebelasting van de accu onder verschillende omstandigheden, zoals geschat op basis van literatuurgegevens. Door de geleidelijke toename van de energiedichtheid van accu's, de uitbreiding van het temperatuurbereik in de werkomgeving en de toename van snellaadsnelheden, is het belang van temperatuurregeling van accu's in het thermisch beheersysteem steeds groter geworden. Dit is niet alleen belangrijk voor verschillende wegomstandigheden en laad- en ontlaadmodi. De temperatuurregeling vereist aanpassingen aan de temperatuur onder de verschillende bedrijfsomstandigheden van het voertuig. Ook de gelijkmatigheid van het temperatuurveld tussen de accupakketten en de preventie en beheersing van thermische oververhitting moeten aan alle eisen voldoen. Dit geldt voor uiteenlopende omgevingsomstandigheden, zoals strenge kou, hoge temperaturen en een hoge luchtvochtigheid, en hete zomers en koude winters.
2. De eerste fase van de PTC-verwarming
In de beginfase van de industrialisatie van elektrische voertuigen is de kerntechnologie in principe gebaseerd op de vervanging van accu's, motoren en andere aandrijfsystemen, gebaseerd op geleidelijke verbeteringen. Zowel de airconditioning van een volledig elektrische auto als die van een auto met een verbrandingsmotor realiseren de koelfunctie via de dampcompressiecyclus. Het verschil tussen de twee is dat de compressor van de airconditioning in een auto met een verbrandingsmotor indirect door de motor wordt aangedreven via een riem, terwijl een volledig elektrische auto de compressor direct elektrisch aandrijft om de koelcyclus te realiseren. Wanneer auto's met een verbrandingsmotor in de winter worden verwarmd, wordt de restwarmte van de motor direct gebruikt om het passagierscompartiment te verwarmen zonder extra warmtebron. De restwarmte van de motor van volledig elektrische voertuigen is echter niet voldoende voor de winterverwarming. Daarom is winterverwarming een probleem dat volledig elektrische voertuigen moeten oplossen. Een verwarmingselement met een positieve temperatuurcoëfficiënt (PTC-verwarming) bestaat uit een keramisch PTC-verwarmingselement en een aluminium buis.PTC-koelvloeistofverwarming/PTC-luchtverwarmer), wat de voordelen heeft van een lage thermische weerstand en een hoge warmteoverdrachtsefficiëntie, en wordt gebruikt in de carrosserie van brandstofvoertuigen. Daarom gebruikten vroege elektrische voertuigen dampcompressiekoeling in combinatie met PTC-verwarming om het thermisch beheer van het passagierscompartiment te realiseren.
2.1 Toepassing van warmtepomptechnologie in de tweede fase
In de praktijk hebben elektrische voertuigen in de winter een hoge energiebehoefte voor verwarming. Vanuit thermodynamisch oogpunt is de COP (prestatiecoëfficiënt) van PTC-verwarming (Plastic Thermal Cooling) altijd lager dan 1, waardoor het energieverbruik van PTC-verwarming hoog is en de energiebenutting laag, wat de actieradius van elektrische voertuigen ernstig beperkt. De warmtepomptechnologie maakt gebruik van de dampcompressiecyclus om laagwaardige warmte uit de omgeving te benutten, en de theoretische COP tijdens verwarming is hoger dan 1. Daarom kan het gebruik van een warmtepompsysteem in plaats van PTC-verwarming de actieradius van elektrische voertuigen onder verwarmde omstandigheden vergroten. Met de verdere verbetering van de capaciteit en het vermogen van de accu neemt ook de thermische belasting tijdens de werking van de accu geleidelijk toe. De traditionele luchtkoeling voldoet niet aan de temperatuurregeleisen van de accu. Daarom is vloeistofkoeling de belangrijkste methode geworden voor het regelen van de accutemperatuur. Bovendien, aangezien de comfortabele temperatuur die het menselijk lichaam nodig heeft vergelijkbaar is met de temperatuur waarbij de accu normaal functioneert, kunnen de koelbehoeften van het passagierscompartiment en de accu worden vervuld door warmtewisselaars parallel te schakelen in het warmtepompsysteem van het passagierscompartiment. De warmte van de accu wordt indirect afgevoerd door de warmtewisselaar en de secundaire koeling, waardoor de integratiegraad van het thermisch beheersysteem van de elektrische auto is verbeterd. Hoewel de integratiegraad is verbeterd, integreert het thermisch beheersysteem in dit stadium slechts de koeling van de accu en het passagierscompartiment, en wordt de restwarmte van de accu en de motor nog niet effectief benut.
Geplaatst op: 04-04-2023
