1. Zahtjevi za upravljanje toplinom električnih vozila (HVCH)
Putnički prostor je prostor u kojem vozač boravi dok je vozilo u pokretu. Kako bi se osiguralo ugodno okruženje za vožnju za vozača, toplinsko upravljanje putničkim prostorom mora kontrolirati temperaturu, vlažnost i temperaturu dovoda zraka u unutrašnjosti vozila. Zahtjevi za toplinsko upravljanje putničkim prostorom u različitim uvjetima prikazani su u Tablici 1.
Kontrola temperature baterije važan je preduvjet za osiguranje učinkovitog i sigurnog rada električnih vozila. Kada je temperatura previsoka, uzrokovat će curenje tekućine i spontano izgaranje, što će utjecati na sigurnost vožnje; kada je temperatura preniska, kapacitet punjenja i pražnjenja baterije bit će do određene mjere smanjen. Zbog visoke gustoće energije i male težine, litijeve baterije postale su najčešće korištene baterije za električna vozila. Zahtjevi za kontrolu temperature litijevih baterija i toplinsko opterećenje baterije u različitim uvjetima procijenjeno prema literaturi prikazani su u Tablici 2. S postupnim povećanjem gustoće energije baterija, širenjem temperaturnog raspona radnog okruženja i povećanjem brzina punjenja, važnost kontrole temperature baterije u sustavu toplinskog upravljanja postala je istaknutija, ne samo zbog zadovoljavanja različitih uvjeta na cesti i različitih načina punjenja i pražnjenja. Opterećenje kontrole temperature mijenja se ovisno o radnim uvjetima vozila, ujednačenost temperaturnog polja između baterijskih sklopova i sprječavanje i kontrola toplinskog bijega također moraju zadovoljiti sve zahtjeve za kontrolu temperature u različitim uvjetima okoline kao što su jaka hladnoća, područja s visokom toplinom i visokom vlagom te vruća ljetna i hladna zimska područja.
2. Prva faza PTC grijanja
U početnoj fazi industrijalizacije električnih vozila, osnovna tehnologija temelji se na zamjeni baterija, motora i drugih energetskih sustava, uz postupna poboljšanja. Klima uređaji u vozilima na gorivo i klima uređaji u vozilima na gorivo ostvaruju funkciju hlađenja putem ciklusa kompresije pare. Razlika između njih je u tome što kompresor klima uređaja u vozilima na gorivo neizravno pokreće motor putem remena, dok vozila na gorivo izravno koriste električni kompresor za pogon ciklusa hlađenja. Kada se vozila na gorivo griju zimi, otpadna toplina motora izravno se koristi za grijanje putničkog prostora bez dodatnog izvora topline. Međutim, otpadna toplina motora vozila na gorivo ne može zadovoljiti potrebe zimskog grijanja. Stoga je zimsko grijanje problem koji vozila na gorivo moraju riješiti. Grijač s pozitivnim temperaturnim koeficijentom (pozitivni temperaturni koeficijent, PTC) sastoji se od keramičkog PTC grijaćeg elementa i aluminijske cijevi (PTC grijač rashladne tekućine/PTC grijač zraka), koji ima prednosti malog toplinskog otpora i visoke učinkovitosti prijenosa topline, a koristi se u karoseriji vozila na gorivo. Stoga su rana električna vozila koristila ciklus hlađenja kompresijom pare plus PTC grijanje kako bi se postiglo toplinsko upravljanje putničkim prostorom.
2.1 Primjena tehnologije toplinskih pumpi u drugoj fazi
U stvarnoj upotrebi, električna vozila imaju veliku potražnju za energijom za grijanje zimi. S termodinamičkog gledišta, COP PTC grijanja je uvijek manji od 1, što čini potrošnju energije PTC grijanja visokom, a stopu iskorištenja energije niskom, što ozbiljno ograničava kilometražu električnih vozila. Tehnologija toplinske pumpe koristi ciklus kompresije pare za korištenje niskokvalitetne topline iz okoline, a teoretski COP tijekom grijanja je veći od 1. Stoga, korištenje sustava toplinske pumpe umjesto PTC-a može povećati domet putovanja električnih vozila u uvjetima grijanja. Daljnjim poboljšanjem kapaciteta i snage baterije, toplinsko opterećenje tijekom rada baterije također se postupno povećava. Tradicionalna struktura zračnog hlađenja ne može zadovoljiti zahtjeve za kontrolu temperature baterije. Stoga je tekuće hlađenje postalo glavna metoda kontrole temperature baterije. Štoviše, budući da je ugodna temperatura koju zahtijeva ljudsko tijelo slična temperaturi na kojoj baterija normalno radi, zahtjevi za hlađenjem putničkog prostora i baterije mogu se zadovoljiti paralelnim spajanjem izmjenjivača topline u sustavu toplinske pumpe u putničkom prostoru. Toplina baterije neizravno se odvodi izmjenjivačem topline i sekundarnim hlađenjem, a stupanj integracije sustava upravljanja toplinom električnog vozila je poboljšan. Iako je stupanj integracije poboljšan, sustav upravljanja toplinom u ovoj fazi samo jednostavno integrira hlađenje baterije i putničkog prostora, a otpadna toplina baterije i motora nije učinkovito iskorištena.
Vrijeme objave: 04.04.2023.
