Tiến độ nghiên cứu quản lý nhiệt xe điện
Công nghệ tích hợp hệ thống
1. Giới thiệu hệ thống quản lý nhiệt
Hệ thống quản lý nhiệt của xe điện phát triển từ hệ thống quản lý nhiệt của xe sử dụng nhiên liệu truyền thống và cấu hình hệ thống cũng dần phát triển từ tính độc lập tương đối của từng vòng quản lý nhiệt sang hướng tích hợp. Vì không có nhiệt thải của động cơ để tận dụng nên cần có thêm thiết bị để cung cấp nguồn nhiệt cho hệ thống sưởi khoang hành khách. Hiện nay, các phương pháp sưởi ấm thường được sử dụng cho xe điện bao gồm sưởi ấm điện có hệ số nhiệt độ dương (PTC) và sưởi ấm điều hòa không khí bằng bơm nhiệt.
1.1 Điều hòa 1 chiều + PTC
Điện trở của nhiệt điện trở trong lò sưởi điện PTC sẽ tăng khi nhiệt độ tăng, dẫn đến công suất làm nóng giảm, do đó, nhiệt điện trở PTC có đặc tính nhiệt độ không đổi. Do cấu tạo đơn giản và giá thành thấp của hệ thống sưởi PTC, hầu hết các xe điện đời đầu đều sử dụng hệ thống làm lạnh điều hòa không khí làm mát đơn và sưởi ấm bằng điện PTC để đáp ứng nhu cầu làm mát và sưởi ấm cho khoang hành khách. Hình 1 là sơ đồ hệ thống của một máy điều hòa không khí làm mát đơn + PTC. Trong quá trình làm mát mùa hè, thiết bị bay hơi bố trí trong ống dẫn khí có tác dụng hấp thụ nhiệt nhằm đạt được mục đích làm mát. Có hai lựa chọn để sưởi ấm. Một là bố trí PTC trực tiếp trong ống dẫn khí của hộp điều hòa như hình 1(a). Khi có nhu cầu sưởi ấm, PTC được cấp điện và không khí trong ống dẫn khí được sưởi ấm được đưa vào khoang hành khách; cái còn lại như trong Hình 1(b), PTC nước làm nóng chất làm lạnh và chất làm lạnh chảy vào lõi không khí ấm được bố trí trong ống dẫn khí, gián tiếp làm nóng không khí trong ống dẫn khí để đáp ứng nhu cầu sưởi ấm.
1.2 Điều hòa bơm nhiệt + PTC
Do PTC sử dụng hệ thống sưởi bằng điện và hiệu suất sưởi ấm nhỏ hơn 1 nên phương pháp sưởi ấm này có thể giảm 50% phạm vi di chuyển của xe điện. Hiệu suất lý thuyết của bơm nhiệt lớn hơn 1 và sử dụng bơm nhiệt thay vì sưởi PTC đã trở thành xu hướng phát triển.
Điều hòa không khí bơm nhiệt + Hệ thống PTC sử dụng van đảo chiều điện từ bốn chiều và ba bộ trao đổi nhiệt. Hệ thống điều hòa không khí bơm nhiệt thực hiện việc chuyển đổi hệ thống làm mát, sưởi ấm, hút ẩm, rã đông và các chế độ khác thông qua công tắc của thân van. Van đảo chiều bốn chiều đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều hòa không khí gia đình. Ứng dụng của nó trong hệ thống điều hòa không khí bơm nhiệt của xe điện có thể giải quyết tốt vấn đề đảo ngược chất làm lạnh trong quá trình làm mát và sưởi ấm hệ thống, như trong Hình 2(a). Giải pháp hệ thống này có ít bộ phận hơn, cấu trúc đơn giản và chi phí thấp. Tuy nhiên, van đảo chiều bốn chiều có khuyết điểm như quá trình hàn đồng-nhôm khó khăn và dễ bị ăn mòn. Có khí thổi vào ở phía áp suất cao và thấp, ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống. Hệ thống điều hòa không khí bơm nhiệt ô tô khách chủ yếu sử dụng giải pháp ba bộ trao đổi nhiệt với một bộ trao đổi nhiệt ngoài trời và hai bộ trao đổi nhiệt trong nhà, và việc chuyển đổi chế độ được thực hiện thông qua nhiều van điện từ, như trong Hình 2(b).
1.3 Máy điều hòa bơm nhiệt + thu hồi nhiệt thải + PTC
Nước ta có lãnh thổ rộng lớn và vùng nhiệt độ rộng khắp nên việc mở rộng phạm vi nhiệt độ của máy điều hòa không khí bơm nhiệt là cần thiết. Nhiệt thải từ động cơ và pin là nguồn nhiệt có giá trị trong mùa đông. Nhiều nhà sản xuất và cơ quan nghiên cứu khoa học coi việc thu hồi lượng nhiệt này như một nguồn nhiệt phụ trợ để mở rộng phạm vi sử dụng của máy điều hòa không khí bơm nhiệt.
Hình 3 là sơ đồ hệ thống quản lý nhiệt xe điện sử dụng điều hòa không khí bơm nhiệt + thu hồi nhiệt thải + PTC. Hệ thống này có thể thực hiện các chức năng như làm lạnh cabin hành khách, sưởi ấm, rã đông, làm tan sương và hút ẩm, đồng thời có thể làm nóng hoặc làm mát pin và động cơ truyền động. Ngoài ra, có thể thu hồi nhiệt thải từ pin và động cơ truyền động. Nguyên lý làm việc của hệ thống này như sau: các chức năng làm mát, sưởi ấm, hút ẩm, rã đông và khử sương của khoang hành khách được thực hiện thông qua tổ hợp công tắc của van điện từ của mạch làm lạnh; một bộ làm mát pin (Chiller) được kết nối song song với thiết bị bay hơi được thêm vào mạch làm lạnh. ), khi pin hoặc động cơ truyền động có yêu cầu làm mát, chất làm lạnh chảy qua Chiller để làm mát chất làm lạnh thứ cấp trong mạch thứ cấp; khi pin hoặc động cơ truyền động không có nhu cầu tản nhiệt lớn, trạng thái của van ba chiều có thể được chuyển sang điều khiển chất làm lạnh thứ cấp. Hướng dòng chảy, nhiệt được thải ra bên ngoài xe thông qua bộ tản nhiệt nhiệt độ thấp để làm mát ắc quy hoặc động cơ truyền động; khi pin cần sưởi ấm, PTC sẽ cung cấp năng lượng cho hệ thống sưởi và thực hiện chức năng sưởi ấm thông qua việc điều chỉnh van ba chiều ở phía chất làm lạnh; khi môi trường Khi nhiệt độ thấp, không thể sử dụng máy điều hòa không khí bơm nhiệt và pin hoặc động cơ truyền động cần tản nhiệt, chất làm lạnh thứ cấp sẽ hấp thụ nhiệt cần tiêu tan trên pin hoặc phía động cơ truyền động, chảy qua ba van thông qua Máy làm lạnh và trao đổi nhiệt sang phía chất làm lạnh. Hệ thống sưởi khoang hành khách mở rộng phạm vi nhiệt độ hoạt động của hệ thống và cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống.
