كيف يعمل نظام تكييف الهواء في المركبات الكهربائية البحتة
فيما يتعلق بنظام تكييف الهواء، هناك اختلافات في تكوين النظام بين المركبات الكهربائية والمركبات التقليدية، كما أن الأنواع المختلفة من المركبات الكهربائية لها خصائص مختلفة. تقدم هذه المقالة بشكل أساسي مبدأ عمل نظام تكييف الهواء للسيارات الكهربائية النقية.
لا تحتوي السيارات الكهربائية النقية على محرك كمصدر للطاقة لضاغط تكييف الهواء، ولا توجد حرارة مهدرة للمحرك يمكن استخدامها لتحقيق تأثيرات التدفئة وإزالة الجليد. لا تحتوي المركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود على محرك كمصدر للطاقة لضاغط تكييف الهواء، ولكن يمكن لمحرك خلايا الوقود أن يولد حرارة مهدرة مستقرة نسبيًا.
بالنسبة للسيارات الكهربائية الهجينة، لا يمكن استخدام المحرك كمصدر طاقة للتبريد والضغط في أي وقت بسبب استراتيجية التحكم الخاصة به. أول ما يفعله مكيف السيارة لتنظيم الهواء داخل المقصورة هو ضبط درجة حرارة الهواء وتقليل درجة حرارة الهواء من خلال التبريد.
وفقًا لخصائص السيارات الكهربائية، فإن طرق التبريد وتكييف الهواء الرئيسية المتاحة حاليًا للسيارات الكهربائية تشمل التبريد الحراري، والتبريد بالضاغط الكهربائي، والتبريد الحراري المهدور. من بينها، يمكن النظر في تبريد الحرارة المهدرة للاستخدام في السيارات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود.
نظام تكييف هواء السيارة الكهربائية: نظام التبريد
تبريد أشباه الموصلات، والمعروف أيضًا باسم التبريد الحراري، هو تقنية تبريد صلبة لا تستخدم المبردات ولا تحتوي على أجزاء قيد التشغيل. تعمل النوافير الحرارية كضاغط تبريد للضغط، والطرف البارد ومبادله الحراري مكافئان لمبخر التبريد المضغوط، والطرف الساخن ومبادله الحراري مكافئان للمكثف. عند توصيل الكهرباء، تترك الإلكترونات والثقوب الحرة الطرف البارد للنابعة الحرارية وتتحرك نحو الطرف الساخن تحت تأثير المجال الكهربائي الخارجي، وهو ما يعادل عملية ضغط مادة التبريد في الضاغط. في الطرف البارد من كومة التسخين الكهربائي، يتم توليد أزواج ثقب الإلكترون في وقت واحد من خلال امتصاص الحرارة للمبادل الحراري، وهو ما يعادل امتصاص الحرارة وتبخر مادة التبريد في المبخر. في الطرف الساخن من كومة التسخين الكهربائي، يحدث إعادة تركيب أزواج ثقب الإلكترون، وفي نفس الوقت تتبدد الحرارة من خلال المبادل الحراري، وهو ما يعادل تسخين وتكثيف مادة التبريد في المكثف.
يتميز تكييف الهواء الحراري بالخصائص التالية: يتطلب العنصر الحراري مصدر طاقة تيار مستمر للعمل؛ فتغيير اتجاه التيار يمكن أن يؤدي إلى التأثير العكسي للتبريد والتدفئة؛ القصور الحراري لقطعة التبريد الحرارية صغير جدًا، ووقت التبريد قصير جدًا، وتبديد الحرارة جيد في الطرف الساخن، والطرف البارد فارغ. في حالة الحمل، يمكن لشريحة التبريد أن تصل إلى أقصى اختلاف في درجة الحرارة في أقل من دقيقة واحدة بعد التشغيل؛ يمكن لضبط تيار العمل للمكون ضبط سرعة التبريد ودرجة الحرارة، ويمكن أن تصل دقة التحكم في درجة الحرارة إلى 0.001 درجة، ومن السهل تحقيق الضبط المستمر للطاقة؛ في ظروف التصميم والتطبيق الصحيحة، يمكن أن تصل كفاءة التبريد إلى أكثر من 90%، في حين أن كفاءة التسخين أكبر بكثير من 1؛ إنها صغيرة الحجم وخفيفة الوزن وصغيرة الحجم، مما يؤدي إلى تقليل جودة صيانة المركبات الكهربائية؛ تتميز بموثوقية عالية وعمر طويل وسهولة الصيانة؛ مع عدم وجود أجزاء دوارة، فهي خالية من الاهتزاز والاحتكاك والضوضاء ومقاومة للصدمات.
نظام تكييف الهواء في السيارة الكهربائية: نظام التدفئة
يتم توفير مصدر التدفئة لنظام تكييف الهواء في مركبة الوقود بشكل أساسي عن طريق سائل تبريد المحرك، لكن نظام التدفئة في السيارة الكهربائية يختلف عن ذلك. الحلول الشائعة لتسخين الهواء في أنظمة تكييف الهواء في المركبات الكهربائية هي كما يلي:
①مضخة الحرارة. يظهر في الشكل مبدأ العمل لنظام تكييف الهواء بمضخة حرارية للسيارة الكهربائية، والذي يتم تشغيله بواسطة حزام نقل يتم تشغيله بواسطة محرك DC بدون فرش. يتم تبديل وضع التبريد/التدفئة لنظام تكييف الهواء بواسطة صمام عكسي رباعي الاتجاهات. يشير السهم الثابت إلى حالة التبريد ويشير السهم المنقط إلى حالة التسخين. من حيث المبدأ، هذا النظام لا يختلف عن مكيف الهواء العادي الذي يعمل بمضخة حرارية، ولكن للاستخدام في المركبات الكهربائية، فقد تم تطويره خصيصًا لضاغط ريشة منزلق بغرفة عمل مزدوجة، ومحرك DC بدون فرش ونظام تحكم عاكس. في ظل ظروف تشغيل المضخة الحرارية، عندما يتحول النظام من وضع إزالة الصقيع إلى وضع التسخين، سوف يتبخر الماء المتكثف الموجود على المبادل الحراري في مجرى الهواء بسرعة ويتشكل الصقيع على الزجاج الأمامي، مما يؤثر على سلامة القيادة.
②PTC سخان كهربائي. سخان كهربائي PTC هو سخان يستخدم عنصر الثرمستور PTC كمصدر للحرارة. تصنع الثرمستورات PTC عادة من مواد شبه موصلة، وتتغير مقاومتها بشكل حاد مع التغيرات في الرطوبة. عندما تنخفض درجة الحرارة الخارجية، تنخفض قيمة مقاومة PTC، ويزداد توليد الحرارة وفقًا لذلك. وفقا للمادة، يمكن تقسيمها إلى الثرمستور PTC السيراميكي والثرمستور PTC البوليمر العضوي. تستخدم الثرمستورات الخزفية PTC في السخانات الكهربائية المساعدة لتكييف الهواء. نظرًا لأن عنصر الثرمستور PTC له خصائص متغيرة تتمثل في زيادة أو تقليل قيمة مقاومته مع تغير درجة الحرارة المحيطة، فإن سخان PTC يتميز بخصائص توفير الطاقة ودرجة الحرارة الثابتة والسلامة وعمر الخدمة الطويل.
نظام تكييف هواء السيارة الكهربائية: مبدأ نظام تكييف الهواء بمضخة الحرارة.
يمكن تقسيم السخانات الكهربائية المساعدة لتكييف الهواء إلى سخانات PTC من السيراميك المستعبدين وسخانات أنبوبية PTC معدنية. سخان PTC الخزفي المستعبد عبارة عن سخان يتم فيه ربط شرائح PTC الخزفية المتعددة والمشتتات الحرارية المموجة المصنوعة من الألومنيوم مع غراء راتينج مقاوم لدرجة الحرارة العالية. لديها تبديد جيد للحرارة وأداء كهربائي مستقر. من بينها، تنقسم سخانات PTC الخزفية المستعبدة إلى أنواع مشحونة بسطح السخان وأنواع غير مشحونة بسطح السخان.
يستخدم السخان الأنبوبي المعدني PTC سلك سبائك الحديد والنيكل المستورد كمواد تسخين. أنبوب التسخين مرصع بأحواض حرارة من الألومنيوم، وتأثير تبديد الحرارة جيد جدًا. تم تجهيز السخان بجهاز تحكم في درجة الحرارة والصمام الحراري، مما يجعل المنتج أكثر أمانًا وأكثر موثوقية في الاستخدام. يتميز هذا النوع من السخانات بخصائص جيدة لمواد PTC، وبعض مكيفات الهواء تستخدم هذا النوع من السخانات كتدفئة مساعدة.
③الحرارة المهدرة + PTC المساعدة. استخدم الحرارة المتولدة عندما تعمل الأجهزة عالية الطاقة (تحويل الطاقة، ومحركات القيادة، وأجهزة التحكم في المحركات، وما إلى ذلك) على إجراء تبادل حراري في البيئة الداخلية للمركبة. عندما تكون الحرارة غير كافية، يتم تمكين سخان PTC المساعد.
أصبحت السيارات الكهربائية وسيلة نقل مهمة، كما يعد تكييف الهواء والتبريد والتدفئة من الجوانب المهمة أيضًا عند اختيار السيارة عند شراء سيارة. بعد كل شيء، التبريد والتدفئة تستهلك أيضا الكهرباء.
