Traditionele warmtepompen hebben een laag verwarmingsrendement en onvoldoende verwarmingscapaciteit in koude omgevingen, wat de toepassingsmogelijkheden van elektrische voertuigen beperkt. Daarom zijn er verschillende methoden ontwikkeld en toegepast om de prestaties van warmtepompen bij lage temperaturen te verbeteren. Door het secundaire warmtewisselaarcircuit rationeel te vergroten, terwijl de accu en het motorsysteem worden gekoeld, wordt de resterende warmte hergebruikt om de verwarmingscapaciteit van elektrische voertuigen bij lage temperaturen te verbeteren. De experimentele resultaten tonen aan dat de verwarmingscapaciteit van de warmtepomp met warmteterugwinning aanzienlijk hoger is dan die van de traditionele warmtepomp. De warmtepomp met warmteterugwinning, met een diepere koppeling van de verschillende thermische beheersystemen en een hogere mate van integratie met het thermische beheersysteem van het voertuig, wordt gebruikt in de Tesla Model Y en de Volkswagen ID4 CROZZ en andere modellen (zie afbeelding rechts). Echter, bij lagere omgevingstemperaturen en een geringere hoeveelheid teruggewonnen restwarmte, is warmteterugwinning alleen niet voldoende om aan de verwarmingsbehoefte in koude omgevingen te voldoen. In deze gevallen zijn PTC-verwarmers nog steeds nodig om het tekort aan verwarmingscapaciteit aan te vullen. Echter, door de geleidelijke verbetering van de integratie van thermisch beheer in elektrische voertuigen, is het mogelijk om de hoeveelheid teruggewonnen restwarmte te vergroten door de door de motor gegenereerde warmte op een redelijke manier te verhogen. Hierdoor neemt het verwarmingsvermogen en de COP van het warmtepompsysteem toe, en wordt het gebruik van externe bronnen vermeden.PTC-koelvloeistofverwarming/PTC-luchtverwarmerNaast het verder verlagen van de ruimtebehoefte van het thermische beheersysteem, voldoet het aan de verwarmingsbehoefte van elektrische voertuigen in een omgeving met lage temperaturen. Naast het terugwinnen en benutten van restwarmte van accu's en motorsystemen, is het gebruik van retourlucht ook een manier om het energieverbruik van het thermische beheersysteem bij lage temperaturen te verminderen. Onderzoek toont aan dat in een omgeving met lage temperaturen een verstandig gebruik van retourlucht de benodigde verwarmingscapaciteit van elektrische voertuigen met 46% tot 62% kan verminderen, terwijl condensvorming op de ramen wordt voorkomen, en het energieverbruik voor verwarming met maximaal 40% kan worden verlaagd. Denso Japan heeft ook een bijbehorende dubbellaagse retourlucht/verse luchtstructuur ontwikkeld, die het warmteverlies door ventilatie met 30% kan verminderen en condensvorming kan voorkomen. De milieuvriendelijkheid van het thermische beheer van elektrische voertuigen onder extreme omstandigheden verbetert gestaag en ontwikkelt zich in de richting van integratie en vergroening.
Om de thermische efficiëntie van de batterij onder hoge vermogensomstandigheden verder te verbeteren en de complexiteit van het thermisch beheer te verminderen, is de directe koeling en verwarming van de batterijtemperatuurregeling, waarbij het koelmiddel rechtstreeks in het batterijpakket wordt geleid voor warmte-uitwisseling, een gangbare technische oplossing. De configuratie van de directe warmte-uitwisseling tussen het batterijpakket en het koelmiddel is weergegeven in de afbeelding rechts. De directe koelingstechnologie kan de warmte-uitwisselingsefficiëntie en -snelheid verbeteren, een gelijkmatigere temperatuurverdeling in de batterij verkrijgen, de secundaire kringloop verminderen en de terugwinning van restwarmte verhogen, waardoor de temperatuurregeling van de batterij verbetert. Door de directe warmte-uitwisseling tussen de batterij en het koelmiddel moet de koeling en verwarming echter worden aangevuld met een warmtepomp. Enerzijds wordt de temperatuurregeling van de batterij beperkt door het in- en uitschakelen van de warmtepomp, wat een zekere invloed heeft op de prestaties van de koelmiddelkringloop. Anderzijds beperkt het ook het gebruik van natuurlijke koelbronnen in de overgangsperioden. Deze technologie behoeft daarom verder onderzoek, verbetering en evaluatie van de toepassing.
Onderzoeksvoortgang van belangrijke componenten
Het thermisch beheersysteem van het elektrische voertuigHVCHEen warmtepompsysteem bestaat uit meerdere componenten, waaronder voornamelijk elektrische compressoren, elektronische kleppen, warmtewisselaars, diverse leidingen en vloeistofreservoirs. De compressor, elektronische klep en warmtewisselaar vormen de kerncomponenten van het warmtepompsysteem. Naarmate de vraag naar lichtgewicht elektrische voertuigen blijft toenemen en de mate van systeemintegratie steeds dieper wordt, ontwikkelen de componenten voor thermisch beheer van elektrische voertuigen zich ook in de richting van lichtgewicht, geïntegreerd en modulair. Om de toepasbaarheid van elektrische voertuigen onder extreme omstandigheden te verbeteren, worden componenten ontwikkeld en toegepast die onder extreme omstandigheden normaal functioneren en voldoen aan de eisen van thermisch beheer in de automobielindustrie.
Geplaatst op: 04-04-2023
