Istraživanje integrisanog sistema upravljanja toplotom sa toplotnom pumpom
za čisto električna komercijalna vozila
1. Tradicionalni sistem upravljanja toplotom
Sistemi za upravljanje toplotom koji se obično koriste u dizajnu čisto električnih komercijalnih vozila za glavne izvore toplote uključuju sistem upravljanja toplotom napajanja akumulatora (BTMS), upravljanje toplotom sistema klimatizacije i termalno upravljanje elektronskom kontrolom motora. Tradicionalni decentralizovani sistem upravljanja toplotom je da su tri petlje akumulatora, klima uređaja i elektronskog upravljačkog sistema motora nezavisne jedna od druge. Svaki ima kompletan sistem kontrole temperature i sistem cjevovoda. Stoga, tokom rada automobila, postoji električni sistem grijanja za određeni sistem. Istovremeno, energija vanjske disipacije topline druge komponente ili sistema nije u potpunosti iskorištena, što ne samo da uzrokuje rasipanje energije, već je i štetno za očuvanje energije i zaštitu okoliša. S druge strane, zbog niskog stepena integracije cjelokupnog sistema upravljanja toplinom, cjevovodi su složeni, veliki broj dijelova, visoka cijena, a kvalitet vozila visok. Ovo također ubrzava potrošnju baterije tokom rada vozila i skraćuje vijek trajanja vozila. Pređena kilometraža ima značajan uticaj na ekonomičnost vozila.
2. Integrisani sistem upravljanja toplotom tipa toplotne pumpe
Na osnovu integrisanih sistema upravljanja toplotom, kako bi se bolje zadovoljila osetljivost baterija na visoke temperature, kompleksnost i prefinjenost upravljanja toplotom čisto električnih komercijalnih vozila nastavlja da raste, a dodaju se i neke inovativne aplikacije, kao što je tehnologija toplotnih pumpi je jedan od njih. Toplotna pumpa sama po sebi ne proizvodi toplinu, već je samo prijenosnik topline. Zasnovano na principu obrnutog Carnot ciklusa (Slika 1), koristi malu količinu električne energije za pogon jedinice, cirkuliše radni medij u prikrivenoj fazi i apsorbira, komprimira i zagrijava toplotnu energiju niske kvalitete prije nego što je iskoristi. Glavne komponente toplotne pumpe uključuju rashladno sredstvo, kompresor, kondenzator, ekspanzioni ventil i isparivač. To je zatvorena petlja u kojoj se medij, rashladno sredstvo/rashladno sredstvo, kontinuirano komprimira i širi u petlji. Svaki put kada se komprimuje i širi (tj. svaki ciklus rada), rashladno sredstvo „izvlači“ toplotu iz okruženja sa niskom temperaturom i prenosi je u okruženje visoke temperature. Zrak se ne koristi kao rashladno sredstvo, iako ne uzrokuje zagađenje i besplatan je, jer je njegova termička efikasnost po ciklusu prilično niska. Stvarno korišteno rashladno sredstvo je tekućina koja isparava kada apsorbira toplinu i kondenzira se prilikom raspršivanja topline. Proces promjene tečnog oblika može uvelike poboljšati toplinsku efikasnost u svakom radnom ciklusu. Sistem toplotne pumpe ima dva režima rada: hlađenje i grejanje. Integracijom tehnologije toplotne pumpe sa integrisanim sistemima upravljanja toplotom, mogu se razviti novi integrisani sistemi upravljanja toplotom tipa toplotne pumpe. Sistem klimatizacije sa toplotnom pumpom koji koristi ovu tehnologiju koristi električni kompresor klima uređaja i koristi reverzibilne karakteristike ciklusa hlađenja da integriše hlađenje i grejanje. Ima prednosti dobre svestranosti, kompaktne strukture, visoke efikasnosti, uštede energije i zaštite životne sredine, te je postao novi tip klima uređaja za vozila. trend. U zimskim uslovima grejanja, COP (koeficijent performansi) može da dostigne 2 do 4. Energetska efikasnost je mnogo puta veća od PTC sistema grejanja koji se obično koristi u oblasti čisto električnih vozila, koji može efikasno da produži domet vožnje za više od 20%. Trenutni tipovi sistema toplotnih pumpi uglavnom uključuju sisteme za klimatizaciju sa direktnim toplotnim pumpama, sisteme za klimatizaciju sa indirektnom toplotnom pumpom i sisteme za klimatizaciju sa direktnim dopunjavanjem vazduha i povećanjem entalpije. Kao što je prikazano na slici 2, mogu se koristiti za grijanje i hlađenje. Laički rečeno, upotreba četvorosmjernog reverznog ventila u sistemu toplotne pumpe može zamijeniti funkcije isparivača i kondenzatora klima uređaja s toplotnom pumpom i promijeniti smjer prijenosa topline, čime se postiže efekat hlađenja ljeti i grijanje zimi.
3. Prednosti i nedostaci integrisanog sistema upravljanja toplotnom pumpom
Glavne prednosti su: 1) Snažna sistemska integracija: više podsistema upravljanja toplotom je integrisano u jedan sistem kako bi se postigla jedinstvena kontrola i optimizacija; ovo pomaže u smanjenju složenosti sistema i poboljšanju efikasnosti upravljanja. 2) Energetska efikasnost Preciznom kontrolom temperature i toplotnog toka svake komponente, energija se može efikasnije koristiti i potrošnja energije može biti smanjena. 3) Inteligentno upravljanje: Obično je opremljen naprednim senzorima i kontrolnim sistemima, koji mogu pratiti i prilagoditi radni status sistema u realnom vremenu kako bi se postiglo inteligentno upravljanje. 4) Prilagodljivost okoline: Operativna strategija se može automatski prilagoditi uslovima okoline kako bi se poboljšala prilagodljivost i stabilnost sistema. 5) Instalacija i održavanje: Integrisani sistem upravljanja toplotom ima kompaktnu strukturu i lako se instalira.
Glavni nedostaci su: 1) Visoka tehnička poteškoća: potrebno je integrirati više podsistema, tehničke poteškoće su relativno visoke i potrebna je profesionalna tehnička podrška. 2) Velika početna investicija: Pošto integrisano upravljanje toplotom zahteva integraciju više podsistema, početna investicija je relativno velika. 3) Visoki troškovi održavanja: Zbog visoke složenosti sistema, troškovi održavanja integrisanog upravljanja toplotom su takođe relativno visoki. Ukratko, toplotna pumpa integrirano upravljanje toplinom sa svrhom poboljšanja sveobuhvatnih performansi vozila, standard integrirane optimizacije dizajna, te sredstva višesistemske koordinirane kontrole i cjelokupnog upravljanja imaju velike prednosti u efikasnosti korištenja energije, inteligentnim upravljanje, prilagodljivost okolini i dugoročne performanse. Ima značajne prednosti u pogledu životnog vijeka i drugih aspekata, a ove prednosti su opći trend u razvoju toplinskog upravljanja vozila u budućnosti.
