مقدمة نظام الإدارة الحرارية
لقد تطور نظام الإدارة الحرارية للمركبات الكهربائية من نظام الإدارة الحرارية لمركبات الوقود التقليدية، كما تطور تكوين النظام تدريجيًا من الاستقلال النسبي لكل دائرة إدارة حرارية إلى اتجاه التكامل. نظرًا لعدم وجود حرارة مهدرة للمحرك يمكن استخدامها، يلزم وجود معدات إضافية لتوفير مصدر حرارة لتدفئة مقصورة الركاب. حاليًا، تشتمل طرق التسخين الشائعة الاستخدام للسيارات الكهربائية على تسخين السخان الكهربائي بمعامل درجة الحرارة الإيجابية (PTC) وتسخين تكييف الهواء بمضخة حرارية.
1. مكيف هواء تبريد فردي + PTC
ستزداد مقاومة الثرمستور في السخان الكهربائي PTC مع زيادة درجة الحرارة، مما يؤدي إلى انخفاض طاقة التسخين، وبالتالي فإن الثرمستور PTC له خاصية درجة حرارة ثابتة. نظرًا للتركيب البسيط والسعر المنخفض لنظام التدفئة PTC، تستخدم معظم السيارات الكهربائية المبكرة تبريد مكيف الهواء الفردي وتسخين السخان الكهربائي PTC لتلبية احتياجات التبريد والتدفئة في مقصورة الركاب. الشكل 1 عبارة عن رسم تخطيطي لنظام مكيف هواء التبريد الفردي + PTC. في التبريد الصيفي، يتم استخدام المبخر المرتب في مجرى الهواء لامتصاص الحرارة لتحقيق غرض التبريد. هناك حلان للتدفئة. أحدهما هو ترتيب PTC الهواء مباشرة في مجرى الهواء الخاص بصندوق مكيف الهواء كما هو موضح في الشكل 1 (أ). عندما يكون هناك طلب للتدفئة، يتم تنشيط PTC لتسخين الهواء في مجرى الهواء وتمريره إلى مقصورة الركاب؛ والآخر هو تسخين مادة التبريد بواسطة الماء PTC كما هو موضح في الشكل 1 (ب)، ويتدفق المبرد إلى قلب الهواء الدافئ المرتب في قناة الهواء لتسخين الهواء في قناة الهواء بشكل غير مباشر لتلبية طلب التدفئة.
2. تكييف الهواء بمضخة حرارية + PTC
نظرًا لأن PTC تستخدم التسخين الكهربائي للتدفئة، فإن كفاءة التسخين أقل من 1، وبالتالي فإن طريقة التسخين هذه يمكن أن تقلل من نطاق قيادة المركبات الكهربائية بنسبة 50%. الكفاءة النظرية للمضخات الحرارية أكبر من 1، وأصبح استخدام المضخات الحرارية بدلاً من تسخين PTC اتجاهًا تطوريًا. نتائج بحث تشانغ وآخرون. أظهر أن أنظمة المضخات الحرارية يمكن أن توفر 41.3% من الطاقة مقارنة بأنظمة سخانات PTC. نظرًا لأن معظم السيارات الكهربائية تستخدم حاليًا R134a كسائل عمل، فعندما تكون درجة الحرارة المحيطة أقل من -10 درجة، تنخفض كفاءة وموثوقية نظام المضخة الحرارية، لذلك لا تزال السخانات الكهربائية PTC مطلوبة للتدفئة الإضافية.
يوضح الشكل 2 تكييف الهواء بمضخة حرارية + نظام PTC باستخدام صمام عكسي رباعي الاتجاه كهرومغناطيسي ومبادل حراري ثلاثي. يقوم نظام تكييف الهواء بمضخة الحرارة بالتبديل بين أوضاع التبريد والتدفئة وإزالة الرطوبة وإزالة الجليد في النظام من خلال مفتاح جسم الصمام. لقد تم استخدام الصمام العكسي رباعي الاتجاهات على نطاق واسع في مجال تكييف الهواء المنزلي. إن تطبيقه على نظام تكييف الهواء بمضخة الحرارة في السيارة الكهربائية يمكن أن يحل مشكلة عكس مادة التبريد أثناء تبريد النظام وتسخينه، كما هو موضح في الشكل 2 (أ). يحتوي حل النظام على مكونات قليلة وبنية بسيطة وتكلفة منخفضة. ومع ذلك، فإن عملية لحام النحاس والألومنيوم للصمام العكسي رباعي الاتجاهات صعبة ومن السهل جدًا أن تتآكل. يوجد نفخ للغاز على جانبي الضغط العالي والمنخفض، مما يؤثر على أداء النظام. عادةً ما يعتمد نظام تكييف الهواء بالمضخة الحرارية لسيارات الركاب على حل مبادل حراري ثلاثي مع مبادل حراري خارجي واحد ومبادلين حراريين داخليين، ويتم تبديل الوضع من خلال صمامات لولبية متعددة، كما هو موضح في الشكل 2 (ب).
3. تكييف الهواء بمضخة حرارية + استرداد الحرارة المهدرة + PTC
تتمتع بلدي بمساحة شاسعة ونطاق واسع لدرجات الحرارة، لذلك من الضروري توسيع نطاق درجات الحرارة لمكيفات الهواء ذات المضخات الحرارية. تعتبر الحرارة المهدرة للمحركات والبطاريات مصدرًا قيمًا للحرارة في الشتاء. العديد من الشركات المصنعة والمؤسسات البحثية تنظر في إعادة تدوير هذا الجزء من الحرارة كمصدر حرارة مساعد لتوسيع استخدام مكيفات الهواء ذات المضخات الحرارية.
الشكل 3 عبارة عن رسم تخطيطي لنظام الإدارة الحرارية للمركبة الكهربائية باستخدام تكييف الهواء بمضخة حرارية + استرداد الحرارة المهدرة + PTC. يمكن للنظام تحقيق وظائف مثل تبريد مقصورة الركاب، والتدفئة، وإزالة الجليد، وإزالة الضباب، وإزالة الرطوبة. في الوقت نفسه، يمكنها تسخين أو تبريد البطارية ومحرك القيادة، ويمكنها أيضًا تحقيق استرداد الحرارة المهدرة للبطارية ومحرك القيادة. مبدأ عمل النظام هو كما يلي: يتم تحقيق وظائف التبريد والتدفئة وإزالة الرطوبة وإزالة الجليد وإزالة الضباب في مقصورة الركاب من خلال مجموعة المفاتيح الخاصة بصمام الملف اللولبي لدائرة التبريد؛ تتم إضافة مبرد بطارية (مبرد) متصل بالتوازي مع المبخر إلى دائرة التبريد. عندما تحتاج البطارية أو محرك القيادة إلى التبريد، يتدفق سائل التبريد عبر المبرد لتبريد سائل التبريد في الدائرة الثانوية؛ عندما لا تحتاج البطارية أو محرك القيادة إلى طلب كبير لتبديد الحرارة، يمكن التحكم في اتجاه تدفق سائل التبريد عن طريق تبديل حالة الصمام ثلاثي الاتجاهات، ويمكن تفريغ الحرارة إلى خارج السيارة من خلال الصمام المنخفض - مشعاع درجة الحرارة لتحقيق تبريد البطارية أو محرك القيادة؛ عندما تحتاج البطارية إلى التدفئة، يتم تنشيط PTC للتسخين ويتم تحقيق وظيفة التسخين عن طريق ضبط الصمام ثلاثي الاتجاهات على جانب المبرد؛ عندما تكون درجة الحرارة المحيطة منخفضة، لا يمكن استخدام مكيف الهواء بمضخة الحرارة وتكون البطارية أو محرك القيادة بحاجة إلى تبديد الحرارة، يمتص المبرد الحرارة التي يجب تبديدها على البطارية أو جانب محرك القيادة، ويتدفق عبر المبرد من خلال الصمام ثلاثي الاتجاهات، ويتبادل الحرارة إلى جانب المبرد لتدفئة مقصورة الركاب، مما يؤدي إلى توسيع نطاق درجة حرارة تشغيل النظام وتحسين كفاءة النظام في استخدام الطاقة.
