1. Požadavky na tepelný management elektrických vozidel (HVCH)
Prostor pro cestující je prostředí, ve kterém řidič žije za jízdy. Aby bylo zajištěno pohodlné prostředí pro řízení, musí tepelné řízení prostoru pro cestující regulovat teplotu, vlhkost a teplotu přiváděného vzduchu do interiéru vozidla. Požadavky na tepelné řízení prostoru pro cestující za různých podmínek jsou uvedeny v tabulce 1.
Regulace teploty baterií je důležitým předpokladem pro zajištění efektivního a bezpečného provozu elektrických vozidel. Pokud je teplota příliš vysoká, dochází k úniku kapaliny a samovznícení, což ovlivňuje bezpečnost jízdy; pokud je teplota příliš nízká, kapacita nabíjení a vybíjení baterie se do určité míry sníží. Vzhledem k vysoké hustotě energie a nízké hmotnosti se lithiové baterie staly nejpoužívanějšími bateriemi pro elektrická vozidla. Požadavky na regulaci teploty lithiových baterií a tepelné zatížení baterie za různých podmínek odhadované podle literatury jsou uvedeny v tabulce 2. S postupným zvyšováním hustoty energie baterií, rozšiřováním teplotního rozsahu pracovního prostředí a zvyšováním rychlosti nabíjení se důležitost regulace teploty baterií v systému tepelného řízení stala stále významnější, a to nejen pro splnění různých silničních podmínek a různých režimů nabíjení a vybíjení. Regulace zatížení se mění v závislosti na provozních podmínkách vozidla, rovnoměrnost teplotního pole mezi bateriemi a prevence a kontrola tepelného úniku musí také splňovat všechny požadavky na regulaci teploty za různých podmínek prostředí, jako je silný chlad, oblasti s vysokým teplem a vysokou vlhkostí a horké léto a chladná zima.
2. První stupeň PTC ohřevu
V počáteční fázi industrializace elektrických vozidel je základní technologie založena na výměně baterií, motorů a dalších energetických systémů s postupným zlepšováním. Klimatizace čistě elektrických vozidel i klimatizace vozidel na palivo realizují chladicí funkci prostřednictvím cyklu komprese páry. Rozdíl mezi nimi spočívá v tom, že kompresor klimatizace vozidel na palivo je nepřímo poháněn motorem prostřednictvím řemenu, zatímco čistě elektrické vozidlo přímo používá elektrický kompresor k pohonu chladicího cyklu. Když se vozidla na palivo v zimě vytápějí, odpadní teplo motoru se přímo využívá k vytápění prostoru pro cestující bez dalšího zdroje tepla. Odpadní teplo motoru čistě elektrických vozidel však nemůže uspokojit potřeby zimního vytápění. Proto je zimní vytápění problém, který musí čistě elektrická vozidla řešit. Topení s kladným teplotním koeficientem (PTC) se skládá z keramického topného článku PTC a hliníkové trubky (Ohřívač chladicí kapaliny PTC/PTC ohřívač vzduchu), který má výhody malého tepelného odporu a vysoké účinnosti přenosu tepla a používá se v karoserii palivových vozidel. Proto raná elektrická vozidla používala k dosažení tepelného řízení prostoru pro cestující chladicí cyklus s kompresí páry a PTC vytápění.
2.1 Aplikace technologie tepelných čerpadel ve druhé fázi
V reálném provozu mají elektromobily v zimě vysokou spotřebu energie na vytápění. Z termodynamického hlediska je COP PTC vytápění vždy menší než 1, což vede k vysoké spotřebě energie PTC vytápění a nízkému stupni využití energie, což vážně omezuje dojezd elektromobilů. Technologie tepelných čerpadel využívá cyklus komprese páry k využití nízkohodnotného tepla z prostředí a teoretický COP během vytápění je větší než 1. Použití systému tepelného čerpadla namísto PTC proto může zvýšit dojezd elektromobilů za podmínek vytápění. S dalším zlepšováním kapacity a výkonu baterie se postupně zvyšuje i tepelné zatížení během provozu baterie. Tradiční konstrukce vzduchového chlazení nemůže splňovat požadavky na regulaci teploty baterie. Proto se kapalinové chlazení stalo hlavní metodou regulace teploty baterie. Navíc, protože komfortní teplota potřebná lidským tělem je podobná teplotě, při které baterie normálně pracuje, lze požadavky na chlazení prostoru pro cestující a baterie splnit paralelním zapojením výměníků tepla v systému tepelného čerpadla v prostoru pro cestující. Teplo z baterie je nepřímo odváděno tepelným výměníkem a sekundárním chlazením, čímž se zlepšil stupeň integrace systému tepelného řízení elektromobilu. Přestože se stupeň integrace zlepšil, systém tepelného řízení v této fázi pouze integruje chlazení baterie a prostoru pro cestující a odpadní teplo z baterie a motoru nebylo efektivně využito.
Čas zveřejnění: 4. dubna 2023
