Тел.: +86-18025912990 |Электронная почта: wst01@winsharethermal.com
Блог
Pусский
Просмотры:1 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2023-03-27 Происхождение:Работает
Чисто электрические транспортные средства обладают высокой комплексной энергоэффективностью и относительно небольшим загрязнением окружающей среды.С непрерывным развитием технологий, связанных исключительно с электромобилями, масштабы отрасли постепенно расширяются.Запас хода чисто электрических транспортных средств, ограниченный плотностью энергии и свойствами материалов силовых аккумуляторов, стал ключевым вопросом, ограничивающим его развитие.Спрос и потребление энергии тепловое управление транспортным средством Система постепенно привлекла широкое внимание в отрасли.Мобильность вождения делает экологические и климатические условия, с которыми сталкивается автомобиль, сложными и изменчивыми.Для чисто электрических транспортных средств, без тепловой системы двигателя традиционных транспортных средств, автомобильная тепловая система должна соответствовать требованиям контроля температуры аккумулятора/двигателя/электроники, размораживания теплообменника, удаления запотевания оконных стекол и других потребностей.Технология управления температурным режимом является важной гарантией безопасности и комфорта вождения автомобиля и стала ключевой технологией для разработки электромобилей.
Салон автомобиля – это окружающее пространство, в котором находится водитель в процессе управления автомобилем.Чтобы обеспечить водителю комфортные условия вождения, система управления температурой в салоне должна контролировать температуру, влажность и температуру приточного воздуха в салоне.Требования к терморегуляции пассажирского салона в различных условиях показаны в таблице 1.
Контроль температуры аккумуляторной батареи является важной предпосылкой для обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации электромобилей.Слишком высокая температура может привести к утечке жидкости, самовозгоранию и другим явлениям, влияющим на безопасность вождения.Когда температура слишком низкая, зарядная и разрядная емкость батареи в определенной степени снижается.Благодаря высокой плотности энергии и небольшому весу литиевые батареи стали наиболее широко используемыми аккумуляторами для электромобилей.Требования к температурному режиму литиевых аккумуляторов и расчетная по литературным данным тепловая нагрузка аккумулятора при различных условиях приведены в табл. 2. С постепенным увеличением удельной энергии силовых аккумуляторов, расширением с увеличением скорости быстрой зарядки важность контроля температуры силовой батареи в системе управления температурным режимом также стала более заметной.Это не только должно соответствовать изменениям нагрузки контроля температуры при различных дорожных условиях, различных режимах зарядки и разрядки и других условиях эксплуатации автомобиля, однородности температурного поля между аккумуляторными блоками и предотвращению и контролю теплового разгона, но также должно соответствовать требования к контролю температуры в различных средах, в зонах с высокой температурой и высокой влажностью и т. д.
Двигатель и электронное управление являются ключевыми звеньями вывода энергии электромобилей.В процессе работы двигателя будет выделяться большое количество тепла из-за нагрева сопротивления катушки, выделения тепла от механического трения и других причин.Чрезмерная температура вызывает такие проблемы, как внутреннее короткое замыкание двигателя и необратимое размагничивание магнита.В соответствии с конфигурацией двигателя различных моделей на текущем рынке электромобилей требования к регулированию температуры двигателя и электрической части легковых автомобилей, а также мощность нагрева двигателя с учетом эффективности и мощности двигателя показаны в таблице 3. С учетом популярности электромобилей и увеличение сценариев применения, спрос на мощность транспортного средства продолжает расти.Двигатели электромобилей требуют более высокой мощности, крутящего момента и скорости, что также означает более высокое тепловыделение.В результате требования к управлению тепловым режимом систем электродвигателей постепенно возрастают.
Управление температурным режимом транспортного средства является одной из основных технологий для разработки электромобилей, включающей многоцелевое управление, такое как контроль температуры и влажности в салоне автомобиля, контроль температуры системы питания, а также защита от запотевания и запотевания стекол.В соответствии с архитектурой системы управления температурным режимом и степенью интеграции развитие системы управления температурным режимом электромобилей можно разделить на три этапа, как показано на рисунке 1. От одиночного охлаждения с электрическим обогревом до теплового насоса с дополнительным электрическим обогревом, а затем к постепенному соединению. теплового насоса с широкой температурной зоной и управления температурой транспортного средства, технология управления температурой электромобилей постепенно развивается в направлении высокоинтегрированного и интеллектуального направления.И постепенно улучшается приспособляемость к окружающей среде в широком диапазоне температур и экстремальных условиях.
На начальном этапе индустриализации электромобилей он в основном развивался с заменой энергосистем, таких как батареи и двигатели, в качестве основной технологии.Вспомогательные системы, такие как кондиционирование воздуха в салоне, защита от запотевания стекол и контроль температуры силовых компонентов, постепенно совершенствуются на основе традиционных технологий управления температурой топливных транспортных средств.Как чистые кондиционеры для электромобилей, так и кондиционеры для автомобилей на топливе реализуют функцию охлаждения посредством цикла сжатия пара.Разница между ними заключается в том, что компрессор кондиционера автомобиля, работающего на топливе, косвенно приводится в действие двигателем через ремень, в то время как чисто электрический автомобиль напрямую использует компрессор с электроприводом для управления холодильным циклом.Когда топливные автомобили отапливаются зимой, отработанное тепло двигателя напрямую используется для обогрева салона без дополнительного источника тепла.Однако отработанное тепло двигателя чисто электрических транспортных средств не может удовлетворить потребности в зимнем отоплении.Поэтому зимний обогрев — это проблема, которую должны решить чисто электрические автомобили..Нагреватель с положительным температурным коэффициентом (положительный температурный коэффициент, PTC) состоит из керамического нагревательного элемента PTC и алюминиевой трубки, которая имеет преимущества небольшого теплового сопротивления и высокой эффективности теплопередачи.И есть небольшие изменения, основанные на кузове топливного автомобиля.Таким образом, первые электромобили использовали цикл охлаждения с компрессией пара плюс нагрев PTC для достижения терморегулирования пассажирского салона, как показано на рисунке 2. В отличие от автомобилей с бензиновым двигателем, которые питаются от топлива, электромобили питаются от аккумуляторных батарей.При нормальной работе электромобиля силовая батарея отдает тепло и температура повышается, что требует охлаждения батареи.Методы охлаждения батареи в основном включают воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение, охлаждение материала с фазовым переходом и охлаждение тепловых трубок.Благодаря простой конструкции, низкой стоимости и простоте обслуживания воздушное охлаждение широко использовалось в первых электромобилях.Основной формой управления температурой на данном этапе является то, что каждая независимая подсистема соответствует требованиям управления температурой соответственно.
При фактическом использовании спрос на тепловую энергию электромобилей зимой относительно высок.С термодинамической точки зрения, COP нагрева PTC всегда меньше 1, что делает потребляемую мощность нагрева PTC высокой и коэффициент использования энергии низким, что серьезно ограничивает пробег электромобилей.Технология теплового насоса использует цикл сжатия пара для утилизации низкопотенциального тепла в окружающей среде, а теоретический КПД для отопления больше 1. Таким образом, использование системы теплового насоса вместо PTC может увеличить запас хода электромобилей при условия отопления.
При дальнейшем повышении емкости и мощности силовой батареи постепенно увеличивается и тепловая нагрузка при работе силовой батареи.Традиционная конструкция воздушного охлаждения не может удовлетворить требования контроля температуры силовых батарей.Поэтому жидкостное охлаждение стало основным методом контроля температуры аккумуляторов.Более того, поскольку комфортная температура, необходимая человеческому телу, аналогична температуре, при которой нормально работает силовая батарея, потребности в охлаждении салона и силовой батареи можно удовлетворить, подключив параллельно теплообменники в тепловом насосе салона. система.Тепло от силовой батареи косвенно отводится через теплообменник и вторичное охлаждение.Степень интеграции управление температурным режимом система электромобиля была усовершенствована.Хотя степень интеграции увеличилась, система управления температурным режимом на данном этапе просто интегрирует охлаждение аккумуляторной батареи и охлаждение салона.Отработанное тепло аккумуляторов и двигателей используется неэффективно.
Традиционные кондиционеры с тепловым насосом имеют низкую эффективность обогрева и недостаточную теплопроизводительность в холодных условиях, что ограничивает сценарии применения электромобилей.Поэтому был разработан и применен ряд методов повышения производительности кондиционеров с тепловым насосом в условиях низких температур.За счет рационального увеличения вторичного контура теплообмена при одновременном охлаждении силовой батареи и моторной системы оставшееся тепло рециркулируется для повышения теплопроизводительности электромобилей в условиях низких температур.Экспериментальные результаты показывают, что теплопроизводительность кондиционера с рекуперацией тепла с тепловым насосом значительно улучшена по сравнению с традиционным кондиционером с тепловым насосом.
В дополнение к рекуперации и утилизации отработанного тепла аккумуляторов и моторных систем, утилизация возвратного воздуха также является способом снижения энергопотребления системы терморегулирования в условиях низких температур.Результаты исследования показывают, что в условиях низких температур разумные меры по использованию возвратного воздуха могут снизить теплопроизводительность, необходимую для электромобилей, на 46-62%, избегая при этом запотевания и обледенения стекол.Это может снизить потребление тепловой энергии до 40%.На данном этапе постепенно улучшается экологическая адаптивность теплового управления электромобилей в экстремальных условиях, и оно развивается в направлении интеграции и экологизации.
Для дальнейшего повышения эффективности управления температурой батареи в условиях высокой мощности и снижения сложности управления температурой предлагается техническое решение, которое представляет собой метод контроля температуры батареи прямого охлаждения и прямого нагрева, при котором хладагент направляется непосредственно в блок аккумуляторов для теплообмена.Конфигурация управления тепловым режимом прямого теплообмена между аккумуляторной батареей и хладагентом показана на рисунке 3. Технология прямого охлаждения может повысить эффективность теплообмена и емкость теплообмена, получить более равномерное распределение температуры внутри батареи, уменьшить вторичный контур. и увеличить рекуперацию отработанного тепла системы.Это, в свою очередь, улучшает эффективность контроля температуры батареи.Однако из-за технологии прямого теплообмена между батареей и хладагентом необходимо увеличить охлаждение и тепло за счет работы системы теплового насоса.С одной стороны, контроль температуры батареи ограничен запуском и остановом системы кондиционирования воздуха с тепловым насосом и оказывает определенное влияние на производительность контура хладагента.С другой стороны, это также ограничивает использование естественных источников холода в переходные сезоны, поэтому эта технология все еще нуждается в дальнейших исследованиях, совершенствовании и оценке применения.
Хотя по сравнению с ранней стадией текущая система управления температурным режимом электромобилей достигла значительного прогресса с точки зрения интеграции, энергосбережения и высокой эффективности, но все еще существуют большие проблемы в замене хладагентов, развитии систем тепловых насосов во всех климат и широкие температурные зоны, а также интеллектуальное управление.
Исследования и применение потенциальных альтернативных хладагентов в основном сосредоточены на R1234yf, CO2 и R290.Основные физические свойства вышеперечисленных хладагентов показаны в таблице 4. R1234yf имеет термодинамические свойства, аналогичные традиционному хладагенту R134a, и его легко заменить, но цена относительно высока.Преимущество R290 и CO2, как натуральных и экологически чистых хладагентов, заключается в относительно низкой цене.CO2 не токсичен, негорюч и обладает отличной термической стабильностью.И он имеет большое температурное скольжение, когда выделяет тепло в сверхкритическом состоянии, поэтому он имеет отличные характеристики нагрева.Система теплового насоса R290 обладает отличными характеристиками охлаждения и обогрева.Однако, поскольку R290 является легковоспламеняющимся хладагентом, устранение угроз безопасности, вызванных воспламеняемостью R290, является ключевым вопросом для реализации применения системы теплового насоса R290 в электромобилях.
Тепловые свойства хладагентов R1234yf и R134a очень близки, и R1234yf можно использовать непосредственно для замены системы терморегулирования R134a, но производительность системы будет немного снижена.R1234yf обладает слабой горючестью, и риск возгорания можно снизить, добавив вторичный контур.По таким причинам, как патенты и технология синтеза, высокая цена R1234yf стала препятствием, ограничивающим его популяризацию и применение.
В качестве недорогого, экологически чистого природного хладагента.В настоящее время система теплового насоса CO2 начала применяться в реальных транспортных средствах, но все еще существуют такие проблемы, как недостаточная охлаждающая способность летом и низкая эффективность обогрева в экстремально холодных условиях.Основной целью работы в области исследований является дальнейшее повышение производительности систем тепловых насосов на CO2, особенно повышение эффективности охлаждения в условиях высокой температуры.
R290, как еще один потенциальный альтернативный экологически чистый природный хладагент, обладает отличными характеристиками охлаждения и обогрева.
С другой стороны, смешанные хладагенты могут преодолеть ограничения физических свойств чистых природных хладагентов, и это также является одним из направлений развития новых систем тепловых насосов с хладагентами в будущем.
Эффективная и интеллектуальная система терморегулирования электромобилей и температурный комфорт пассажирского салона стали ключевыми гарантиями повышения качества поездок.В зависимости от различных условий вождения самого транспортного средства тепловая нагрузка каждой системы электромобиля будет динамически колебаться.Более того, степень сопряженности тепловой системы электромобилей продолжает углубляться, что выдвигает более высокие требования к контролю системы терморегулирования.Таким образом, интеллектуальный, интегрированный и детальный метод управления будет методом управления для снижения энергопотребления транспортного средства и повышения комфорта.
Традиционный метод управления системой теплового насоса заключается в управлении каждым независимым объектом управления температурой и исполнительным механизмом управления температурой с помощью переключателя, ПИД-регулирования и других методов.В соответствии с отклонением между заданным значением и фактическим значением каждый параметр управления поддерживается в заданном диапазоне путем регулировки таких параметров, как скорость сжатия, открытие расширительного клапана, мощность электрического нагревателя, мощность циркуляционного насоса и объем воздуха электронного вентилятора.Однако с углублением интеграции управления температурным режимом ПИД-регулирование подвержено таким проблемам, как перерегулирование или колебания в сложном процессе динамического управления.При увеличении энергопотребления снижается комфорт вождения.Метод управления многоветвевой комплексной тепловой насосной системой является текущим направлением исследований технологии управления системой терморегулирования электромобиля.
Для обеспечения теплового комфорта водителя необходимо контролировать температуру и влажность салона в разумных пределах колебаний.Для контроля горячей и влажной среды в автомобиле обычным методом контроля является контроль температуры и влажности внутри автомобиля путем регулировки объема и температуры подаваемого воздуха с целью предотвращения запотевания переднего ветрового стекла и обеспечения безопасной эксплуатации. транспортного средства.Окружающая среда находится под контролем.
Что касается управления температурой автомобиля, то управление температурой в салоне включает не только традиционный метод кондиционирования воздуха, но и новые методы, такие как подогрев сидений, которые также были исследованы и продвигались.В дополнение к методу активной регулировки теплового режима разумная конструкция изоляционной конструкции кузова и выбор материалов также могут снизить непостоянство внутренней среды и улучшить тепловой комфорт.Кроме того, комфортные условия вождения в течение длительного времени могут вызвать утомление водителя и повлиять на безопасность вождения.Также ведутся соответствующие исследования интеллектуальной системы управления, улучшающей умственную концентрацию водителя с помощью обдува или других стимулирующих средств.
Система управления температурой электромобиля улучшена по сравнению с традиционной системой кондиционирования воздуха топливного автомобиля и постепенно переходит к системе теплового насоса, подходящей для электромобилей.В отличие от транспортных средств, работающих на топливе, к объектам управления тепловым режимом электромобилей также относятся аккумуляторные системы и системы двигателей.Благодаря трехэлектрическому соединению степень сцепления системы управления тепловым режимом электромобиля и степень интеграции компонентов постоянно улучшаются.
Чтобы улучшить применимость электромобилей в различных средах и еще больше увеличить запас хода электромобилей, необходимо разработать системы тепловых насосов, которые могут адаптироваться к широкому диапазону температур и экстремальным условиям.
В связи с растущим спросом на качество путешествий необходимо уделять больше внимания тепловому менеджменту тепловому комфорту человеческого тела и внедрять ориентированные на человека и интеллектуальные автомобильные технологии управления температурой и стратегии управления.
Перед лицом более строгих требований по защите окружающей среды мы должны сосредоточиться на альтернативных исследованиях экологически чистых хладагентов.А благодаря разработке таких технологий, как рекуперация отработанного тепла и подача струйного воздуха, завершено создание экологически чистой, энергосберегающей и эффективной системы управления температурой автомобиля.
