L’histoire du développement du véhicule électriqueThermique
Technologie de gestion
La gestion thermique des véhicules est l'une des technologies de base pour le développement des véhicules électriques, impliquant une gestion multi-cibles telles que le contrôle de la température et de l'humidité de l'habitacle, le contrôle de la température du système électrique, l'antibuée et le désembuage des vitres, etc. Architecture du système et degré d'intégration, le développement de la gestion thermique des véhicules électriques est résumé en trois étapes, comme le montre la figure 1. Du refroidissement simple combiné au chauffage électrique aux pompes à chaleur combinées au chauffage d'appoint électrique jusqu'au couplage progressif d'une zone de température étendue. pompes à chaleur avec gestion thermique des véhicules, la technologie de gestion thermique des véhicules électriques se développe progressivement dans une direction hautement intégrée et intelligente, et dans une large plage de températures, la capacité d'adaptation environnementale dans des conditions régionales et extrêmes est progressivement améliorée.
Ⅰ Chauffage PTC de premier étage
Au stade initial de l’industrialisation des véhicules électriques, ils ont été essentiellement développés avec le remplacement des systèmes d’alimentation tels que les batteries et les moteurs comme technologies de base. Les systèmes auxiliaires tels que la climatisation de l'habitacle, le désembuage des vitres et le contrôle de la température des composants de puissance étaient basés sur la technologie traditionnelle de gestion thermique des véhicules à carburant. Basé sur l'amélioration progressive. Les climatiseurs pour véhicules électriques purs et les climatiseurs pour véhicules à carburant réalisent des fonctions de réfrigération grâce à un cycle de compression de vapeur. La différence entre les deux est que le compresseur de climatisation des véhicules à carburant est indirectement entraîné par le moteur via une courroie, tandis que les véhicules électriques purs utilisent directement un compresseur à entraînement électrique pour entraîner la réfrigération. faire du vélo. Lors du chauffage d'un véhicule à carburant en hiver, la chaleur perdue du moteur est directement utilisée pour chauffer l'habitacle sans avoir recours à des sources de chaleur supplémentaires. Cependant, la chaleur perdue par le moteur des véhicules électriques purs ne peut pas répondre aux besoins de chauffage en hiver. Le chauffage hivernal est donc un problème que les véhicules purement électriques doivent résoudre.
Lorsqu'un véhicule électrique fonctionne normalement, la batterie de puissance se décharge et génère de la chaleur, provoquant une élévation de la température, nécessitant un refroidissement de la batterie. Les méthodes de refroidissement des batteries comprennent principalement le refroidissement par air, le refroidissement par liquide, le refroidissement par matériau à changement de phase et le refroidissement par caloduc. Parce que le refroidissement par air a une structure simple, un faible coût et un entretien facile, il a été largement utilisé dans les premiers véhicules électriques. La principale forme de gestion thermique à ce stade est que chaque sous-système indépendant répond aux besoins de gestion thermique.
ⅡLa deuxième étape de l'application de la technologie des pompes à chaleur
En utilisation réelle, les véhicules électriques ont une demande énergétique plus élevée pour le chauffage en hiver. D'un point de vue thermodynamique, le COP du chauffage PTC est toujours inférieur à 1, ce qui rend la consommation électrique du chauffage PTC élevée et le taux d'utilisation de l'énergie faible, ce qui restreint sérieusement les véhicules électriques. kilométrage. La technologie des pompes à chaleur utilise un cycle de compression de vapeur pour utiliser la chaleur de faible qualité présente dans l'environnement. Le COP théorique pendant le chauffage est supérieur à 1. Par conséquent, l’utilisation d’un système de pompe à chaleur au lieu du PTC peut augmenter l’autonomie des véhicules électriques dans des conditions de chauffage.
Cependant, dans les environnements à basse température, la capacité de chauffage des systèmes de pompes à chaleur traditionnels est fortement atténuée et ne peut pas répondre aux besoins de chauffage des véhicules électriques dans des environnements à basse température. Des radiateurs supplémentaires sont nécessaires pour le chauffage d’appoint. Par conséquent, la méthode de chauffage des pompes à chaleur associée au chauffage auxiliaire PTC est devenue une méthode de chauffage importante pour les véhicules électriques dans les environnements à basse température en hiver. La principale méthode de chauffage de la cabine. À mesure que la capacité et la puissance des batteries de puissance augmentent, la charge thermique pendant le fonctionnement des batteries de puissance augmente également progressivement. La structure traditionnelle de refroidissement par air ne peut pas répondre aux besoins de contrôle de la température des batteries électriques, le refroidissement liquide est donc devenu la principale méthode de contrôle de la température des batteries.
De plus, étant donné que la température confortable requise par le corps humain est similaire à la température à laquelle la batterie de puissance fonctionne normalement, les besoins de refroidissement de l'habitacle et de la batterie de puissance peuvent être satisfaits respectivement en connectant des échangeurs de chaleur en parallèle dans l'habitacle. système de pompe. La chaleur de la batterie de puissance est indirectement évacuée via l'échangeur de chaleur et le refroidissement secondaire, et le degré d'intégration de l'ensemble du système de gestion thermique du véhicule électrique a été amélioré. Bien que le degré d'intégration se soit amélioré, le système de gestion thermique à ce stade n'intègre que brièvement la réfrigération de la batterie et la réfrigération de l'habitacle, et la chaleur perdue de la batterie et du moteur n'a pas été utilisée efficacement.
ⅢDéveloppement d'une technologie intégrée pour les pompes à chaleur à large zone de température et la gestion thermique des véhicules
Les climatiseurs traditionnels à pompe à chaleur ont une faible efficacité de chauffage et une capacité de chauffage insuffisante dans les environnements très froids, ce qui limite les scénarios d'application des véhicules électriques. Par conséquent, une série de méthodes visant à améliorer les performances des climatiseurs à pompe à chaleur dans des conditions de basse température ont été développées et appliquées. En ajoutant raisonnablement un circuit d'échange thermique secondaire, tout en refroidissant la batterie de puissance et le système moteur, la chaleur restante est recyclée pour augmenter la capacité de chauffage des véhicules électriques dans des conditions de basse température. Les résultats expérimentaux montrent que la capacité de chauffage des climatiseurs à pompe à chaleur à récupération de chaleur résiduelle est considérablement augmentée par rapport aux climatiseurs à pompe à chaleur traditionnels.
Cependant, lorsque la température ambiante est plus basse et que la quantité de chaleur résiduelle récupérée est moindre, la récupération de chaleur résiduelle à elle seule ne peut toujours pas répondre à la demande de capacité de chauffage dans les environnements à basse température. Des radiateurs PTC doivent encore être utilisés pour compenser le manque de capacité de chauffage dans les situations ci-dessus. Cependant, avec l'amélioration progressive de l'intégration de la gestion thermique des tramways, la quantité de chaleur résiduelle récupérée peut être augmentée en augmentant raisonnablement la chaleur générée par le moteur, augmentant ainsi la capacité calorifique et le COP du système de pompe à chaleur et évitant l'utilisation des radiateurs PTC. Il réduit encore l'occupation de l'espace du système de gestion thermique tout en répondant aux besoins de chauffage des véhicules électriques dans des environnements à basse température.
En plus de recycler la chaleur perdue des batteries et des systèmes moteurs, l'utilisation de l'air repris est également un moyen de réduire la consommation d'énergie des systèmes de gestion thermique dans des conditions de basse température. Les résultats de la recherche montrent que dans les environnements à basse température, des mesures raisonnables d'utilisation de l'air de reprise peuvent éviter la formation de buée et de givre sur les vitres des voitures tout en réduisant l'énergie de chauffage requise par les véhicules électriques de 46 % à 62 %, et peuvent réduire la consommation d'énergie de chauffage d'environ 40 % à la plupart. . Nippon Denso a également développé une structure de retour d'air/air frais à double couche correspondante, qui peut empêcher la formation de buée et réduire de 30 % les pertes de chaleur causées par la ventilation. À ce stade, l'adaptabilité environnementale de la gestion thermique des véhicules électriques dans des conditions extrêmes s'améliore progressivement et évolue dans le sens de l'intégration et du verdissement.
Afin d'améliorer encore l'efficacité de la gestion thermique de la batterie dans des conditions de puissance élevée et de réduire la complexité de la gestion thermique, la méthode de contrôle de la température de la batterie à refroidissement direct et à chauffage direct qui envoie directement le réfrigérant dans la batterie pour l'échange thermique est également un courant. solution technique. La configuration de gestion thermique de l'échange thermique direct entre la batterie et le réfrigérant est illustrée à la figure 5. La technologie de refroidissement direct peut améliorer l'efficacité de l'échange thermique et le transfert de chaleur, obtenir une répartition plus uniforme de la température à l'intérieur de la batterie, réduire les boucles secondaires et augmenter les déchets du système. récupération de chaleur, améliorant ainsi les performances de contrôle de la température de la batterie. Cependant, étant donné que la technologie d'échange thermique direct entre la batterie et le réfrigérant nécessite que le système de pompe à chaleur augmente la chaleur de refroidissement, d'une part, le contrôle de la température de la batterie est limité par le démarrage et l'arrêt du système de climatisation par pompe à chaleur, ce qui a un certain impact sur les performances de la boucle réfrigérante. Cela limite également l’utilisation de sources naturelles de froid pendant les saisons de transition, de sorte que cette technologie nécessite encore des améliorations en matière de recherche et d’évaluation des applications.
