При работе чисто электрических транспортных средств в качестве энергии используется электричество, а транспортное средство приводится в движение системой электропривода. Система терморегулирования транспортных средств на новых источниках энергии сильно отличается от системы управления традиционными видами топлива. В транспортных средствах на новой энергии аккумуляторы и двигатели выделяют тепло во время работы, тогда как в транспортных средствах, работающих на традиционном топливе, тепло генерирует двигатель. Система терморегулирования транспортных средств на новых источниках энергии требует точного контроля температуры, в основном температуры в салоне, температуры аккумулятора и температуры трансмиссии. Следовательно, система терморегулирования транспортных средств на новой энергии будет более сложной. Для транспортных средств на новой энергии решение противоречия между запасом хода и комфортом езды на новых энергетических транспортных средствах является актуальной проблемой, которую необходимо решить новым энергетическим транспортным средствам.
1. Обзор управления температурой в салоне (автомобильный кондиционер)
Система кондиционирования является ключом к терморегулированию автомобиля. И водитель, и пассажиры хотят добиться комфорта в автомобиле. Важной функцией автомобильного кондиционера является создание в салоне комфортных условий вождения и езды путем регулирования температуры, влажности и скорости ветра в салоне автомобиля. Принцип действия обычного автомобильного кондиционера заключается в охлаждении или нагреве внутри автомобиля за счет теплофизического принципа поглощения тепла при испарении и выделения тепла при конденсации. При низкой температуре наружного воздуха в салон можно подавать нагретый воздух, чтобы водитель и пассажиры не чувствовали холода. Способность подавать в салон низкотемпературный воздух при высокой температуре наружного воздуха позволяет водителю и пассажирам чувствовать себя прохладнее. Поэтому автомобильный кондиционер играет очень важную роль в кондиционировании воздуха в автомобиле и комфорте пассажиров.
Традиционные автомобильные кондиционеры, работающие на топливе, в основном состоят из четырех компонентов: испарителя, конденсатора, компрессора и расширительного клапана.
Компрессор — это силовое устройство, которое может сжимать газообразный хладагент низкой температуры и низкого давления в газообразный хладагент высокой температуры и высокого давления. Компрессоры обычно устанавливаются на двигатель транспортных средств, работающих на топливе, и компрессор приводится в работу двигателем.
Испаритель представляет собой теплообменное устройство, установленное в кабине. Принцип работы испарителя заключается в использовании испарения для поглощения тепла для охлаждения. Когда жидкий хладагент с низкой температурой и низким давлением проходит через испаритель, жидкий хладагент испаряется и поглощает тепло в отсеке, тем самым быстро охлаждая отсек.
Конденсатор также является теплообменным устройством и устанавливается снаружи отсека. Принцип работы конденсатора заключается в нагревании за счет конденсации и поглощения тепла. Когда газообразный хладагент с высокой температурой и высоким давлением проходит через конденсатор, тепло передается наружному воздуху посредством принудительного охлаждения вентилятором, так что газообразный хладагент с высокой температурой и высоким давлением преобразуется в жидкий хладагент со средней температурой и высоким давлением.
Расширительный клапан — это устройство, которое расширяет жидкость средней температуры и высокого давления в жидкость низкой температуры и низкого давления. Расширительный клапан обычно устанавливается на входе испарителя и расширяет жидкий хладагент средней температуры и высокого давления в жидкий хладагент низкой температуры и низкого давления, так что хладагент поступает в испаритель для поглощения тепла в салоне автомобиля.
Автомобильный кондиционер состоит из системы охлаждения, системы отопления и системы вентиляции. Эти три системы составляют сборку автомобильного кондиционера. Принцип традиционного охлаждения транспортных средств, работающих на топливе, заключается в четырех этапах сжатия, конденсации, расширения и испарения, как показано на рисунке 1. Повторяя эти четыре этапа, можно гарантировать работу холодильной системы. Затем испаритель продолжает охлаждать кабину.
Принцип традиционного отопления автомобиля топливом заключается в использовании отработанного тепла двигателя автомобиля для обогрева салона автомобиля. Во-первых, охлаждающая вода с более высокой температурой, выходящая из водяной рубашки охлаждения двигателя, попадает в зону теплого воздуха. Холодный воздух продувается вентилятором через радиатор отопителя. Нагретый воздух затем можно подавать в кабину для обогрева кабины или размораживания окон. Охлаждающая вода возвращается в двигатель после выхода из подогревателя, завершая цикл.
Приводные устройства транспортных средств, работающих на новой энергии, и транспортных средств, работающих на традиционном топливе, различаются. Компрессор кондиционера автомобиля, работающего на топливе, приводится в движение двигателем, а компрессор кондиционера автомобиля, работающего на новой энергии, приводится в движение двигателем. Таким образом, компрессор кондиционера на новом энергетическом автомобиле не может приводиться в движение двигателем, а для сжатия хладагента используется электрический компрессор. Основной принцип транспортных средств на новых источниках энергии такой же, как и у традиционных транспортных средств, работающих на топливе: в них используется конденсация для выделения тепла и испарение для поглощения тепла для охлаждения салона. Просто компрессор поменян на электрический. В настоящее время спиральный компрессор в основном используется для сжатия хладагента.
Режим обогрева транспортных средств на новых источниках энергии сильно отличается от режима обогрева традиционных транспортных средств, работающих на топливе. Режим обогрева транспортных средств, работающих на традиционном топливе, заключается в передаче отработанного тепла двигателя в отсек через охлаждающую жидкость для нагрева отсека. Транспортные средства на новой энергии не имеют двигателя, поэтому двигатель не нагревает кабину. Для обогрева салона используются другие режимы отопления. Ниже приведены несколько новых методов обогрева кондиционеров транспортных средств, работающих на энергии.
1) Полупроводниковая система отопления
Полупроводниковый нагреватель состоит из полупроводниковых элементов и клемм для выполнения функций охлаждения и нагрева. Термопара в этой системе является основным компонентом охлаждения и нагрева, ее конструкция показана на рисунке 2. Соедините два полупроводниковых прибора, чтобы сформировать термопару. После подключения постоянного тока на интерфейсе будет генерироваться тепло и разница температур для обогрева внутренней части кабины. Основное преимущество полупроводникового отопления состоит в том, что оно позволяет быстро нагреть кабину. Его главный недостаток – полупроводниковый нагрев потребляет много электроэнергии. Для новых энергетических транспортных средств, которым необходимо увеличить пробег, их недостатки фатальны. Таким образом, он не может удовлетворить требования новых энергетических транспортных средств по энергосбережению кондиционеров. Людям также более необходимо провести исследование методов нагрева полупроводников и разработать эффективный и энергосберегающий метод нагрева полупроводников.
2) Нагрев воздуха с положительным температурным коэффициентом (PTC).
Основным компонентом PTC является термистор. Нагрев электронагревательной проволокой – это устройство, непосредственно преобразующее электрическую энергию в тепловую. Система подогрева воздуха PTC призвана превратить сердечник с теплым воздухом традиционного автомобиля, работающего на топливе, в воздухонагреватель PTC. Вентилятор используется для подачи наружного воздуха через нагреватель PTC для нагрева. Нагретый воздух направляется внутрь кабины для обогрева кабины. Из-за прямого энергопотребления потребление энергии транспортными средствами на новых источниках энергии также относительно велико при включении обогревателя.
3) PTC сантехническое отопление
Сантехника PTC, как и воздушное отопление PTC, генерирует тепло за счет потребления электроэнергии. Но водопроводная система работает за счет предварительного нагрева теплоносителя с помощью ПТК. После того как охлаждающая жидкость нагрета до определенной температуры, охлаждающая жидкость закачивается в сердечник отопителя для обмена тепла с окружающим воздухом. Вентилятор направляет нагретый воздух в кабину для обогрева кабины. Затем охлаждающая вода нагревается с помощью ПТК и движется возвратно-поступательно. Эта система отопления более надежна и безопасна, чем воздушное охлаждение PTC.
4) Система кондиционирования воздуха с тепловым насосом
Принцип работы системы кондиционирования воздуха с тепловым насосом такой же, как и в традиционной автомобильной системе кондиционирования. Кондиционер с тепловым насосом может осуществлять преобразование отопления и охлаждения кабины, его принцип показан на рисунках 3 и 4. Четырехходовой реверсивный клапан используется для изменения направления потока хладагента в системе, чтобы обеспечить процесс охлаждения и теплообмена. Поскольку кондиционер с тепловым насосом не потребляет электроэнергию напрямую для выработки тепла, степень энергосбережения кондиционера с тепловым насосом выше, чем у PTC-нагревателя. В настоящее время в некоторых транспортных средствах серийно производятся кондиционеры с тепловым насосом.
2. Обзор управления температурным режимом трансмиссии
Управление температурным режимом автомобильной энергосистемы делится на управление температурой традиционной топливной системы автомобиля и управление температурой новой энергетической системы автомобиля. В настоящее время терморегулирование энергосистемы транспортных средств на традиционном топливе очень развито. Транспортные средства, работающие на традиционном топливе, приводятся в движение двигателями, поэтому управление температурой двигателя находится в центре внимания традиционного управления температурой автомобиля. Терморегулирование двигателя в основном включает в себя систему охлаждения двигателя. Более 30% тепла в системе автомобиля должно рассеиваться контуром охлаждения двигателя, чтобы предотвратить перегрев двигателя при высоких нагрузках. Охлаждающая жидкость двигателя используется для обогрева кабины.
Силовая установка традиционного транспортного средства, работающего на топливе, состоит из двигателя и трансмиссии традиционного транспортного средства, работающего на топливе, а транспортное средство на новой энергии состоит из аккумулятора, двигателя и электронного управления. Методы терморегулирования этих двух систем сильно изменились. Нормальный диапазон рабочих температур аккумуляторной батареи транспортных средств на новой энергии составляет 25-40 ℃. Следовательно, терморегулирование батареи требует как поддержания ее тепла, так и ее рассеивания. При этом температура мотора не должна быть слишком высокой. Если температура двигателя слишком высокая, это повлияет на срок службы двигателя. Следовательно, двигатель также должен принимать необходимые меры по отводу тепла во время использования. Ниже приводится введение в систему терморегулирования аккумулятора, систему терморегулирования электронного управления двигателем и других компонентов.
Система терморегулирования силовой батареи в основном разделена на воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение , охлаждение материала с фазовым переходом и охлаждение тепловой трубкой на основе различных охлаждающих сред. Принципы и структура систем разных методов охлаждения весьма различны.
1) Воздушное охлаждение силовой батареи
Посредством потока воздуха аккумуляторный блок осуществляет конвективный теплообмен с наружным воздухом. Воздушное охлаждение обычно разделяют на естественное и принудительное. Естественное охлаждение — это когда наружный воздух охлаждает аккумуляторную батарею во время работы автомобиля. Принудительное воздушное охлаждение заключается в установке вентилятора принудительного охлаждения напротив аккумуляторного блока. Преимуществами воздушного охлаждения являются низкая стоимость и простота коммерческого применения. Недостатками являются низкая эффективность рассеивания тепла, большая занимаемая площадь и серьезные проблемы с шумом.
2) Жидкостное охлаждение силовой батареи
Тепло от аккумуляторной батареи отводится потоком жидкости. Поскольку удельная теплоемкость жидкости больше, чем у воздуха, охлаждающий эффект жидкостного охлаждения лучше, чем у воздушного охлаждения, а скорость охлаждения также выше, чем у воздушного охлаждения. Распределение температуры после охлаждения аккумуляторной батареи также относительно равномерное. Поэтому жидкостное охлаждение также широко используется в коммерческих целях. Но у жидкостного охлаждения есть и недостатки. Недостатком является то, что существует риск протечек, сложность относительно велика, а стоимость обслуживания высока.
3) Охлаждение материала с изменением температуры
Материалы с фазовым переходом (ПКМ) включают парафин, гидратированные соли, жирные кислоты и т. д. Когда происходит фазовый переход, он может поглощать или выделять большое количество скрытого тепла, в то время как его собственная температура остается неизменной. PCM обладает большой емкостью хранения тепловой энергии без дополнительного потребления энергии и широко используется для охлаждения аккумуляторов электронных продуктов, таких как мобильные телефоны. Однако применение автомобильных аккумуляторов все еще находится в стадии исследований. Материалы с фазовым переходом страдают от низкой теплопроводности, из-за чего PCM плавится на стороне, которая контактирует с батареей. Однако другие детали не расплавляются, что снижает эффективность теплопередачи системы и не подходит для аккумуляторов большого размера. Если эти проблемы удастся решить, охлаждение PCM станет наиболее потенциальным решением для терморегулирования транспортных средств на новых источниках энергии.
4) Охлаждение теплопроводной трубы
Тепловая трубка — это устройство, основанное на передаче тепла с фазовым переходом. Тепловая трубка представляет собой герметичный контейнер или герметичную трубу, наполненную рабочей средой/жидкостью (водой, этиленгликолем или ацетоном и т.п.) в насыщенном состоянии. Одна секция тепловой трубы — это конец испарения, а другой конец — конец конденсации. Он может не только поглощать тепло аккумуляторной батареи, но и нагревать аккумуляторную батарею. В настоящее время это самая идеальная система управления температурой аккумуляторной батареи.
5) Прямое охлаждение хладагента
Прямое охлаждение — это способ установки испарителя системы кондиционирования воздуха в аккумуляторном ящике для быстрого охлаждения аккумуляторного ящика за счет использования принципа испарения и поглощения тепла хладагентов, таких как хладагент R134a. Система прямого охлаждения имеет высокую эффективность охлаждения и большую охлаждающую способность.
Выше приведены основные методы управления температурным режимом пяти силовых батарей, а их соответствующие преимущества и недостатки показаны в Таблице 1.
Pусский
