Uvod u sistem upravljanja toplinom
Sistem upravljanja toplinom električnih vozila evoluirao je od sistema upravljanja toplinom tradicionalnih vozila na gorivo, a konfiguracija sistema se također postepeno razvijala od relativne neovisnosti svakog kruga upravljanja toplinom do smjera integracije. Budući da nema otpadne topline motora koja bi se koristila, potrebna je dodatna oprema za obezbjeđivanje izvora topline za grijanje putničkog prostora. Trenutno, najčešće korištene metode grijanja za električna vozila uključuju grijanje električnog grijača s pozitivnim temperaturnim koeficijentom (PTC) i grijanje klima uređaja toplinskom pumpom.
1. Jednostruki klima uređaj + PTC
Otpor termistora u PTC električnom grijaču će se povećavati s porastom temperature, što će rezultirati smanjenjem snage grijanja, tako da PTC termistor ima konstantnu temperaturnu karakteristiku. Zbog jednostavnog sastava i niske cijene PTC sistema grijanja, većina ranih električnih vozila koristi hlađenje klima uređaja s jednim hlađenjem i grijanje PTC električnog grijača kako bi zadovoljili potrebe za hlađenjem i grijanjem putničkog prostora. Slika 1 je dijagram sistema klima uređaja sa jednim hlađenjem + PTC. U ljetnom hlađenju, isparivač smješten u zračnom kanalu služi za apsorpciju topline u svrhu hlađenja. Postoje dva rješenja za grijanje. Jedan je da se vazdušni PTC rasporedi direktno u vazdušni kanal kutije klima uređaja kao što je prikazano na slici 1 (a). Kada postoji potreba za grijanjem, PTC se uključuje da zagrijava zrak u zračnom kanalu i propušta ga u putnički prostor; drugi je da zagreje rashladno sredstvo pomoću vodenog PTC-a kao što je prikazano na slici 1 (b), a rashladno sredstvo teče u jezgro toplog vazduha postavljeno u vazdušnom kanalu da indirektno zagreje vazduh u vazdušnom kanalu kako bi zadovoljio potrebe za grejanjem.
2. Toplotna pumpa klima uređaj + PTC
Budući da PTC koristi električno grijanje za grijanje, efikasnost grijanja je manja od 1, tako da ovaj način grijanja može smanjiti domet vožnje električnih vozila za 50%. Teoretska efikasnost toplotnih pumpi je veća od 1, a korišćenje toplotnih pumpi umesto PTC grejanja postalo je trend razvoja. Rezultati istraživanja ZHANG et al. pokazuju da sistemi toplotne pumpe mogu uštedeti 41,3% energije u poređenju sa PTC sistemima grejanja. Budući da većina električnih vozila trenutno koristi R134a kao radni fluid, kada je temperatura okoline niža od -10 stepeni, efikasnost i pouzdanost sistema toplotne pumpe su smanjeni, pa su PTC električni grijači i dalje potrebni za pomoćno grijanje.
Slika 2 prikazuje klima uređaj toplotne pumpe + PTC sistem koji koristi elektromagnetni četvorosmerni reverzni ventil i trostruki izmenjivač toplote. Sistem klimatizacije sa toplotnom pumpom prebacuje između režima hlađenja, grejanja, odvlaživanja i odmrzavanja sistema preko prekidača na kućištu ventila. Četvorosmjerni reverzni ventil se široko koristi u oblasti klimatizacije u domaćinstvu. Primena na sistem klimatizacije toplotne pumpe električnog vozila može dobro da reši problem preokretanja rashladnog sredstva tokom hlađenja i grejanja sistema, kao što je prikazano na slici 2 (a). Sistemsko rješenje ima malo komponenti, jednostavnu strukturu i nisku cijenu. Međutim, proces zavarivanja bakra i aluminija četverosmjernog reverznog ventila je težak i vrlo je lako korodirati. Na strani visokog i niskog pritiska dolazi do ispuštanja gasa, što utiče na performanse sistema. Sistem klimatizacije sa toplotnom pumpom putničkih automobila obično ima rešenje sa tri izmenjivača toplote sa jednim spoljnim izmenjivačem toplote i dva unutrašnja izmenjivača toplote, a režim se prebacuje preko više elektromagnetnih ventila, kao što je prikazano na slici 2 (b).
3. Toplotna pumpa klima uređaj + povrat otpadne topline + PTC
moja zemlja ima ogromnu teritoriju i širok raspon temperatura, tako da je neophodno proširiti temperaturni raspon klima uređaja sa toplotnom pumpom. Otpadna toplota motora i baterija je vrijedan izvor topline zimi. Mnogi proizvođači i istraživačke institucije razmatraju recikliranje ovog dijela topline kao pomoćnog izvora topline kako bi proširili upotrebu klima uređaja s toplinskom pumpom.
Slika 3 je dijagram sistema upravljanja toplinom električnog vozila koji koristi klima uređaj toplinske pumpe + povrat otpadne topline + PTC. Sistem može realizovati funkcije kao što su hlađenje putničkog prostora, grijanje, odmrzavanje, odmagljivanje i odvlaživanje. Istovremeno, može zagrijati ili ohladiti bateriju i pogonski motor, a također može ostvariti povrat otpadne topline baterije i pogonskog motora. Princip rada sistema je sledeći: funkcije hlađenja, grejanja, odvlaživanja, odmrzavanja i odmagljivanja putničkog prostora se realizuju preko kombinacije prekidača elektromagnetnog ventila kruga rashladnog sredstva; hladnjak baterije (Chiller) povezan paralelno sa isparivačem se dodaje u krug rashladnog sredstva. Kada baterija ili pogonski motor imaju potrebu za hlađenjem, rashladno sredstvo teče kroz rashladni uređaj da ohladi rashladno sredstvo u sekundarnom krugu; kada baterija ili pogonski motor nemaju veliku potražnju za rasipanjem topline, smjer protoka rashladne tekućine može se kontrolirati prebacivanjem stanja trosmjernog ventila, a toplina se može odvoditi van vozila kroz niski -temperaturni radijator za postizanje hlađenja akumulatora ili pogonskog motora; kada baterija ima potrebu za grijanjem, PTC se uključuje za grijanje i funkcija grijanja se postiže podešavanjem trosmjernog ventila na strani rashladnog sredstva; kada je temperatura okoline niska, klima uređaj toplinske pumpe se ne može koristiti, a baterija ili pogonski motor zahtijevaju rasipanje topline, rashladna tekućina apsorbira toplinu koja se treba raspršiti na strani baterije ili pogonskog motora, teče kroz rashladni uređaj kroz trosmjerni ventil, i razmjenjuje toplinu na stranu rashladnog sredstva za zagrijavanje putničkog prostora, proširujući opseg radne temperature sistema i poboljšavajući energetsku efikasnost sistema.
