Kratka analiza tehnologije toplinskog upravljanja za
nove energetske baterije za napajanje vozila
Komponente upravljanja toplinom vozila
Sustav hlađenja novih energetskih vozila općenito se sastoji od tri dijela: sustav cirkulacije hlađenja baterije, elektronički kontroliran sustav cirkulacije hlađenja motora i sustav cirkulacije toplog zraka klima uređaja. Model PHEV također ima sustav cirkulacije hlađenja motora. Sustav cirkulacije baterije uglavnom zagrijava ili hladi bateriju, sustav cirkulacije motora uglavnom hladi pogonski motor i CIDD (kontroler pogonskog motora), a sustav grijanja klima uređaja uglavnom grije ili hladi putnički prostor. Glavne uključene funkcionalne komponente uključuju elektroničke pumpe za vodu, trosmjerne elektromagnetske ventile, dvosmjerne elektromagnetske ventile, PTC-ove, izmjenjivače topline, separatore tekućeg plina, radijatore, ekspanzijske kotlove, rashladne cjevovode i razne fiksne nosače. Elektronička pumpa za vodu koristi se kao izvor napajanja, rashladna tekućina je medij, a elektromagnetni ventil kontrolira smjer protoka, tako da rashladni medij teče kroz radijator i hlađeno tijelo duž cjevovoda, raspršujući se i hladeći kroz izmjenu topline , tako da se radna temperatura funkcionalnih dijelova uvijek održava unutar idealnog radnog raspona za maksimalnu učinkovitost. Bez obzira radi li se o isključivo električnom vozilu ili hibridnom vozilu, petlja upravljanja toplinom baterije neovisna je o drugim sustavima. Glavni razlog je taj što se normalni raspon radne temperature baterije prilično razlikuje od ostalih sustava. Radna temperatura baterije općenito ne smije prijeći 35 stupnjeva, dok pogonski motor često radi na oko 55 stupnjeva, a raspon radne temperature motora je oko 95 stupnjeva, tako da svaki krug mora raditi neovisno.
Razlike od tradicionalnog upravljanja toplinom u automobilima
Upravljanje toplinom tradicionalnih automobila je jedinstveno, bez složenih sustava upravljanja i komponenti. Njegov cilj je samo osigurati da temperatura motora uvijek radi unutar idealnog raspona i za suvozača.
Kako bi se osigurala potrebna toplina u kabini za posadu, koristi se otpadna toplina koju stvara motor, bez trošenja dodatne energije. Postoje velike razlike u strukturi sustava između novih energetskih vozila i tradicionalnih vozila. Povećani su i zahtjevi za raspored i ugradnju komponenti sustava na cijelom vozilu, a veći su i prostorni zahtjevi za kabinu. Različite vrste novih energetskih vozila imaju svoje karakteristike. Različite karakteristike; za čisto električna vozila ne postoji motor kao izvor energije za cirkulaciju rashladne tekućine i nema otpadne topline iz motora koja bi se koristila. Za hibridna vozila, zbog njihovih posebnih strategija upravljanja, motor ne može osigurati snagu za cirkulaciju rashladne tekućine kada ne radi, niti može osigurati potreban izvor topline za putnički prostor u stvarnom vremenu. Stoga su strukturno sustavi upravljanja toplinom novih energetskih vozila dizajnirani s neovisnom elektroničkom pumpom za vodu koja osigurava snagu za cirkulaciju rashladne tekućine. Topli zrak obično koristi električno grijanje. Neovisno električno grijanje PTC dizajnirano je za zagrijavanje rashladne tekućine. Recirkulacija u spremnik tople vode u automobilu kako bi se osigurala toplina u putničkom prostoru, što je trenutno glavna metoda; postoji i metoda za izravno zagrijavanje zraka koji prolazi kroz kutiju za isparavanje i upuhivanje topline u automobil kroz ventilator. Ova metoda uključuje sigurnost automobila, trenutno se rijetko koristi.
Vrste sustava upravljanja toplinom baterija
Različite metode upravljanja toplinom baterije uključuju različite brojeve dijelova, strukture i rasporede. Različite vrste sustava upravljanja toplinom odabiru se na temelju troškova razvoja vozila, težine vozila i zahtjeva za prostorom. Njegove glavne tehničke rute uključuju sljedećih pet vrsta
Vrsta izravnog hlađenja
Naziva se tehnologijom izravnog hlađenja baterije, sustav izravnog hlađenja ima ugrađen rashladni isparivač unutar baterije, koji je cjevovodima povezan sa sustavom klimatizacije. Kada bateriju treba ohladiti, kompresor se koristi za slanje komprimirane rashladne tvari u isparivač unutar baterije, a zatim oduzima bateriju. Unutarnja toplina postiže učinak hlađenja. Sustav ima prednosti kompaktne strukture, dobrog učinka hlađenja, malog broja dijelova (potreban je samo jedan ulazni i jedan izlazni rashladni cjevovod) i male težine. Međutim, nedostaci ovog sustava su što ne može grijati bateriju u uvjetima niske temperature ispod nule, kondenzirana voda koja se stvara tijekom procesa hlađenja nije zaštićena, a ujednačenost temperature rashladnog sredstva je teško kontrolirati. Rashladni sustav ima kratak vijek trajanja i nisku pouzdanost, a često dolazi i do curenja rashladnog sredstva. Propuštanje, nedovoljan kapacitet hlađenja i druge greške. Ovo je najnovija tehnologija hlađenja baterije s relativno niskom zrelošću. Primijenjen je u masovno proizvedenim modelima na tržištu kao što su BYD i Tesla. To je glavna tehnička ruta u budućnosti.
Tip vodenog hlađenja radijatora
Krug hlađenja hladnjaka je neovisni krug, koji se sastoji od hladnjaka, elektroničke vodene pumpe, grijača itd., s antifrizom kao medijem. Antifriz izlazi iz radijatora, prolazi kroz grijač, zatim u akumulator i na kraju se vraća u radijator. Ovaj ciklus hladi i zagrijava bateriju. Sustav ima prednosti jednostavne strukture, niske cijene i uštede energije u okruženju niske temperature tijekom cijele godine. Međutim, učinkovitost disipacije topline ovog sustava je niska, a temperatura vode je visoka u klimama s visokim temperaturama ljeti, tako da ne može zadovoljiti uvjete rada u okruženjima s visokim temperaturama.
Vrsta hlađenja vodom za izravno hlađenje
Ovaj sustav integrira izravno hlađenje i vodeno hlađenje, te premošćuje sustav klimatizacije i sustav vodenog hlađenja preko rashlađivača baterije hladnjaka (koji se naziva i izmjenjivač topline). Ovaj sustav izbjegava nedostatke prva dva načina hlađenja i trenutno je jedan od najčešće korištenih sustava upravljanja toplinom baterije. Sustav ima više komponenti od prva dva. Sustav je složeniji i zahtijeva relativno veliki prostor za raspored komponenti. Kompresor ima veliko opterećenje tijekom rada, što troši puno energije za cijelo vozilo i slabo je ekonomično. Osim toga, kada otkaže dio klimatizacijskog sustava, potrebe za hlađenjem baterije ne mogu se zadovoljiti u maksimalnoj mjeri.
Vodeno hlađeni hibridni tip
Ovaj sustav se temelji na sustavu direktnog hlađenja vodenim hlađenjem i dodaje sustav vodenog hlađenja radijatora. Njih dvoje su raspoređeni u paralelne krugove. Upravljanjem elektromagnetskim ventilom koriste se različiti krugovi za hlađenje baterije pod različitim uvjetima. U okruženjima s niskim temperaturama radi samo sustav vodenog hlađenja hladnjaka. Kada se nalazite u okruženju s visokom temperaturom, prebacite se na sustav za hlađenje vodom s izravnim hlađenjem da biste radili. Pod teškim radnim uvjetima, dva sustava mogu raditi u isto vrijeme, a baterija također može postići maksimalan kapacitet hlađenja, koji u osnovi može pokriti sva okruženja uporabe. Ovaj sustav hlađenja je izuzetno složen, ima visoku cijenu, zahtijeva veliki prostor za raspored vozila, ima složene strategije upravljanja sustavom i predstavlja izazov za stabilnost i pouzdanost. Ovaj se sustav također koristi u većini hibridnih PHEV modela na tržištu i ima zrelu tehnologiju.
Vrsta zračnog hlađenja
Ovaj sustav izravno vodi hladan zrak iz putničkog prostora za hlađenje u bateriju kroz kanal i koristi hladan zrak za zračno hlađenje baterije. Prednosti ovog sustava su jednostavna struktura, kontrolirana temperatura hladnog zraka i niska cijena sustava. Međutim, ima i nedostatke izravnog sustava hlađenja. Sustav nema funkciju grijanja, a kondenzirana voda koja se stvara na površini baterije nije lako osušiti, te postoji rizik od korozije i kontaminacije unutar baterije. Općenito se ne preporučuje ova vrsta metode upravljanja toplinom
