تاريخ تطور السيارة الكهربائيةالحرارية
تكنولوجيا الإدارة
تعد الإدارة الحرارية للمركبة إحدى التقنيات الأساسية لتطوير السيارات الكهربائية، والتي تتضمن إدارة متعددة الأهداف مثل التحكم في درجة حرارة مقصورة الركاب والرطوبة في البيئة، والتحكم في درجة حرارة نظام الطاقة، ومكافحة تعفير الزجاج وإزالة الضباب، وما إلى ذلك. وفقًا للإدارة الحرارية بنية النظام ودرجة التكامل، يتم تلخيص تطوير الإدارة الحرارية للمركبات الكهربائية في ثلاث مراحل، كما هو موضح في الشكل 1. بدءًا من التبريد الفردي المقترن بالتدفئة الكهربائية إلى المضخات الحرارية المدمجة مع التدفئة الكهربائية المساعدة وحتى الاقتران التدريجي لمنطقة درجات الحرارة الواسعة المضخات الحرارية مع الإدارة الحرارية للمركبة، تتطور تكنولوجيا الإدارة الحرارية للمركبة للسيارات الكهربائية تدريجيًا في اتجاه متكامل وذكي للغاية، وفي نطاق واسع من درجات الحرارة، يتم تحسين القدرة على التكيف البيئي في ظل الظروف الإقليمية والقاسية تدريجيًا.
Ⅰالمرحلة الأولى تسخين PTC
في المرحلة الأولى من تصنيع السيارات الكهربائية، تم تطويرها بشكل أساسي مع استبدال أنظمة الطاقة مثل البطاريات والمحركات كتقنيات أساسية. اعتمدت الأنظمة المساعدة مثل تكييف هواء المقصورة، وإزالة الضباب عن النوافذ، والتحكم في درجة حرارة مكونات الطاقة، على تقنية الإدارة الحرارية التقليدية لمركبات الوقود. بناء على التحسن التدريجي. يحقق كل من مكيفات هواء المركبات الكهربائية النقية ومكيفات هواء مركبات الوقود وظائف التبريد من خلال دورة ضغط البخار. الفرق بين الاثنين هو أن ضاغط تكييف الهواء في مركبات الوقود يتم تشغيله بشكل غير مباشر بواسطة المحرك من خلال الحزام، بينما تستخدم المركبات الكهربائية النقية بشكل مباشر ضاغط الدفع الكهربائي لتشغيل التبريد. دورة. عند تسخين مركبة تعمل بالوقود في الشتاء، يتم استخدام الحرارة المهدرة للمحرك مباشرة لتدفئة مقصورة الركاب دون الحاجة إلى مصادر حرارة إضافية. ومع ذلك، فإن الحرارة المهدرة للسيارات الكهربائية النقية لا يمكنها تلبية احتياجات التدفئة في فصل الشتاء. ولذلك، فإن التدفئة في فصل الشتاء هي مشكلة تحتاج السيارات الكهربائية النقية إلى حلها.
عندما تعمل السيارة الكهربائية بشكل طبيعي، يتم تفريغ بطارية الطاقة وتولد الحرارة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة، مما يتطلب تبريد البطارية. تشمل طرق تبريد البطارية بشكل أساسي تبريد الهواء، والتبريد السائل، وتبريد المواد بتغير الطور، وتبريد الأنابيب الحرارية. نظرًا لأن تبريد الهواء يتميز ببنية بسيطة، وتكلفة منخفضة، وسهولة الصيانة، فقد تم استخدامه على نطاق واسع في السيارات الكهربائية المبكرة. الشكل الرئيسي للإدارة الحرارية في هذه المرحلة هو أن كل نظام فرعي مستقل يلبي احتياجات الإدارة الحرارية.
Ⅱالمرحلة الثانية من تطبيق تكنولوجيا المضخات الحرارية
في الاستخدام الفعلي، تحتاج السيارات الكهربائية إلى طاقة أكبر للتدفئة في فصل الشتاء. من وجهة نظر الديناميكية الحرارية، يكون COP لتسخين PTC دائمًا أقل من 1، مما يجعل استهلاك طاقة التسخين PTC مرتفعًا ومعدل استخدام الطاقة منخفضًا، مما يقيد المركبات الكهربائية بشكل خطير. عدد الأميال. تستخدم تقنية المضخة الحرارية دورة ضغط البخار للاستفادة من الحرارة المنخفضة في البيئة. إن COP النظري أثناء التسخين أكبر من 1. ولذلك، فإن استخدام نظام المضخة الحرارية بدلاً من PTC يمكن أن يزيد من نطاق إبحار المركبات الكهربائية في ظل ظروف التدفئة.
ومع ذلك، في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، تكون قدرة التدفئة لأنظمة المضخات الحرارية التقليدية مخففة بشدة ولا يمكنها تلبية احتياجات التدفئة للسيارات الكهربائية في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة. هناك حاجة إلى سخانات إضافية للتدفئة الإضافية. لذلك، أصبحت طريقة تسخين المضخات الحرارية بالإضافة إلى الحرارة المساعدة PTC طريقة تسخين مهمة للسيارات الكهربائية في البيئات ذات درجة الحرارة المنخفضة في الشتاء. الطريقة الرئيسية لتدفئة المقصورة. مع زيادة سعة وطاقة بطاريات الطاقة، يزداد الحمل الحراري أثناء تشغيل بطاريات الطاقة تدريجيًا أيضًا. لا يمكن لهيكل تبريد الهواء التقليدي تلبية احتياجات التحكم في درجة الحرارة لبطاريات الطاقة، لذلك أصبح التبريد السائل الطريقة الرئيسية للتحكم في درجة حرارة البطارية.
علاوة على ذلك، نظرًا لأن درجة الحرارة المريحة التي يحتاجها جسم الإنسان تشبه درجة الحرارة التي تعمل بها بطارية الطاقة بشكل طبيعي، فيمكن تلبية احتياجات التبريد لمقصورة الركاب وبطارية الطاقة على التوالي عن طريق توصيل المبادلات الحرارية بالتوازي في حرارة مقصورة الركاب نظام المضخة. يتم التخلص من حرارة بطارية الطاقة بشكل غير مباشر من خلال المبادل الحراري والتبريد الثانوي، وتم تحسين درجة تكامل نظام الإدارة الحرارية للمركبة بالكامل في المركبات الكهربائية. على الرغم من تحسن درجة التكامل، إلا أن نظام الإدارة الحرارية في هذه المرحلة يدمج تبريد البطارية وتبريد مقصورة الركاب لفترة وجيزة فقط، ولم يتم استخدام الحرارة المهدرة للبطارية والمحرك بشكل فعال.
Ⅲتطوير تكنولوجيا متكاملة للمضخة الحرارية لمنطقة درجة الحرارة الواسعة والإدارة الحرارية للمركبة
تتميز مكيفات الهواء التقليدية ذات المضخات الحرارية بكفاءة تسخين منخفضة وقدرة تسخين غير كافية في البيئات شديدة البرودة، مما يقيد سيناريوهات تطبيق السيارات الكهربائية. لذلك، تم تطوير وتطبيق سلسلة من الطرق لتحسين أداء مكيفات الهواء ذات المضخات الحرارية في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة. من خلال إضافة دائرة تبادل حراري ثانوية بشكل معقول، أثناء تبريد بطارية الطاقة ونظام المحرك، يتم إعادة تدوير الحرارة المتبقية لزيادة قدرة التدفئة للسيارات الكهربائية في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة. تظهر النتائج التجريبية أن قدرة التسخين لمكيفات الهواء ذات المضخات الحرارية لاسترداد الحرارة المفقودة تزداد بشكل ملحوظ مقارنة بمكيفات الهواء التقليدية ذات المضخات الحرارية.
ومع ذلك، عندما تكون درجة الحرارة المحيطة أقل وكمية استعادة الحرارة المهدرة أقل، فإن استعادة الحرارة المهدرة وحدها لا تزال غير قادرة على تلبية الطلب على سعة التدفئة في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة. لا تزال هناك حاجة لاستخدام سخانات PTC لتعويض النقص في قدرة التدفئة في المواقف المذكورة أعلاه. ومع ذلك، مع التحسين التدريجي لتكامل الإدارة الحرارية للترام، يمكن زيادة كمية استعادة الحرارة المهدرة عن طريق زيادة الحرارة المتولدة عن المحرك بشكل معقول، وبالتالي زيادة قدرة التسخين وCOP لنظام المضخة الحرارية وتجنب الاستخدام من سخانات PTC. كما أنه يقلل أيضًا من إشغال المساحة لنظام الإدارة الحرارية مع تلبية احتياجات التدفئة للسيارات الكهربائية في البيئات منخفضة الحرارة.
بالإضافة إلى إعادة تدوير الحرارة المهدرة من البطاريات وأنظمة المحركات، يعد استخدام الهواء العائد أيضًا وسيلة لتقليل استهلاك الطاقة لأنظمة الإدارة الحرارية في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة. تظهر نتائج الأبحاث أنه في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، يمكن لتدابير استخدام الهواء الراجع المعقول أن تتجنب تكون الضباب والصقيع على نوافذ السيارات مع تقليل طاقة التدفئة التي تتطلبها المركبات الكهربائية بنسبة 46% إلى 62%، ويمكن أن تقلل من استهلاك طاقة التدفئة بحوالي 40% عند درجة حرارة منخفضة. معظم. . قامت شركة Nippon Denso أيضًا بتطوير هيكل مزدوج الطبقة للهواء الراجع/الهواء النقي، والذي يمكنه منع تكون الضباب وتقليل فقدان الحرارة الناتج عن التهوية بنسبة 30%. في هذه المرحلة، تتحسن تدريجيًا القدرة على التكيف البيئي للإدارة الحرارية للمركبات الكهربائية في ظل الظروف القاسية، وتتطور في اتجاه التكامل والتخضير.
من أجل زيادة تحسين كفاءة الإدارة الحرارية للبطارية في ظل ظروف الطاقة العالية وتقليل تعقيد الإدارة الحرارية، فإن طريقة التحكم في درجة حرارة البطارية بالتبريد المباشر والتسخين المباشر التي ترسل مادة التبريد مباشرة إلى حزمة البطارية للتبادل الحراري هي أيضًا تيار حل تقني. يظهر الشكل 5 تكوين الإدارة الحرارية للتبادل الحراري المباشر بين مجموعة البطارية وغاز التبريد. يمكن لتقنية التبريد المباشر تحسين كفاءة التبادل الحراري ونقل الحرارة، وتحقيق توزيع أكثر تجانسًا لدرجة الحرارة داخل البطارية، وتقليل الحلقات الثانوية وزيادة هدر النظام استعادة الحرارة، وبالتالي تحسين أداء التحكم في درجة حرارة البطارية. ومع ذلك، نظرًا لأن تقنية التبادل الحراري المباشر بين البطارية وغاز التبريد تتطلب من نظام المضخة الحرارية زيادة حرارة التبريد، فمن ناحية، فإن التحكم في درجة حرارة البطارية يقتصر على تشغيل وإيقاف نظام تكييف الهواء بمضخة الحرارة، والذي له تأثير معين على أداء حلقة التبريد. كما أنها تحد من استخدام مصادر البرد الطبيعية في المواسم الانتقالية، لذلك لا تزال هذه التكنولوجيا بحاجة إلى مزيد من تحسين البحث وتقييم التطبيق.
