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Anzahl Durchsuchen:0 Autor:Site Editor veröffentlichen Zeit: 2023-03-27 Herkunft:Powered
Reine Elektrofahrzeuge haben eine hohe Gesamtenergieeffizienz und eine relativ geringe Umweltbelastung.Mit der kontinuierlichen Entwicklung von Technologien im Zusammenhang mit reinen Elektrofahrzeugen erweitert sich der Umfang der Branche allmählich.Beschränkt durch die Energiedichte und Materialeigenschaften von Power-Batterien ist die Reichweite von reinen Elektrofahrzeugen zu einem Schlüsselproblem geworden, das ihre Entwicklung einschränkt.Die Nachfrage und der Energieverbrauch der Fahrzeugthermomanagement System hat in der Industrie nach und nach breite Aufmerksamkeit erregt.Die Mobilität des Fahrens macht die Umwelt- und Klimabedingungen des Automobils komplex und wechselhaft.Bei reinen Elektrofahrzeugen ohne das Motorwärmesystem herkömmlicher Kraftstofffahrzeuge muss das Fahrzeugwärmesystem die Anforderungen der Batterie-/Motor-/elektronischen Temperaturregelung, der Wärmetauscherabtauung, der Fensterglasbeschlagentfernung und anderer Anforderungen erfüllen.Die Thermomanagement-Technologie ist ein wichtiger Garant für Sicherheit und Komfort beim Autofahren und hat sich zur zentralen Schlüsseltechnologie für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen entwickelt.
Der Fahrgastraum ist der Umgebungsraum, in dem sich der Fahrer während des Fahrvorgangs des Autos aufhält.Um eine angenehme Fahrumgebung für den Fahrer zu gewährleisten, muss das Thermomanagement des Fahrgastraums die Temperatur, Feuchtigkeit und Luftzufuhrtemperatur der Fahrgastraumumgebung steuern.Die Anforderungen an das Wärmemanagement des Fahrgastraums unter verschiedenen Bedingungen sind in Tabelle 1 dargestellt.
Die Leistungsbatterietemperierung ist eine wichtige Voraussetzung für den effizienten und sicheren Betrieb von Elektrofahrzeugen.Wenn die Temperatur zu hoch ist, kommt es zu Flüssigkeitsaustritt, Selbstentzündung und anderen Phänomenen, die die Fahrsicherheit beeinträchtigen.Wenn die Temperatur zu niedrig ist, wird die Lade- und Entladekapazität der Batterie bis zu einem gewissen Grad gedämpft.Aufgrund ihrer hohen Energiedichte und ihres geringen Gewichts haben sich Lithiumbatterien zu den am weitesten verbreiteten Energiebatterien für Elektrofahrzeuge entwickelt.Die Anforderungen an die Temperaturregelung von Lithium-Batterien und die gemäß Literatur geschätzte Batteriewärmebelastung unter verschiedenen Bedingungen sind in Tabelle 2 gezeigt Mit der Zunahme der Schnellladegeschwindigkeiten hat auch die Bedeutung der Leistungsbatterie-Temperaturregelung im Wärmemanagementsystem an Bedeutung gewonnen.Dies muss nicht nur den Lastwechseln der Temperatursteuerung unter verschiedenen Straßenbedingungen, verschiedenen Lade- und Entlademodi und anderen Fahrzeugbetriebsbedingungen, der Gleichmäßigkeit des Temperaturfelds zwischen Batteriepacks und der Verhinderung und Kontrolle des thermischen Durchgehens gerecht werden, sondern muss auch erfüllen die Temperaturregelungsanforderungen in verschiedenen Umgebungen in Bereichen mit hoher Hitze und hoher Luftfeuchtigkeit usw.
Der Motor und die elektronische Steuerung sind die wichtigsten Energieabgabeglieder von Elektrofahrzeugen.Während des Arbeitsprozesses des Motors wird aufgrund der Widerstandserwärmung der Spule, der Erzeugung mechanischer Reibungswärme und aus anderen Gründen eine große Wärmemenge erzeugt.Eine zu hohe Temperatur verursacht Probleme wie einen internen Kurzschluss des Motors und eine irreversible Entmagnetisierung des Magneten.Entsprechend der Motorkonfiguration verschiedener Modelle auf dem aktuellen Elektrofahrzeugmarkt sind die Anforderungen an die Motor- und Elektrotemperaturregelung von Personenkraftwagen sowie die Motorheizleistung unter Berücksichtigung des Motorwirkungsgrads und der Motorleistung in Tabelle 3 aufgeführt. Mit der Popularität von Elektrofahrzeugen und der Zunahme von Anwendungsszenarien steigt die Nachfrage nach Fahrzeugleistung weiter an.Elektromotoren von Elektrofahrzeugen benötigen eine höhere Leistung, ein höheres Drehmoment und eine höhere Drehzahl, was auch eine höhere Wärmeentwicklung bedeutet.Dadurch steigen die Anforderungen an das Thermomanagement von Elektromotorsystemen sukzessive.
Das Wärmemanagement von Fahrzeugen ist eine der Kerntechnologien für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen, die ein Management mehrerer Ziele umfasst, wie z.Je nach Architektur des Thermomanagementsystems und Integrationsgrad wird die Entwicklung des Thermomanagements von Elektrofahrzeugen in drei Stufen zusammengefasst, wie in Bild 1 dargestellt. Von der Einzelkühlung mit elektrischer Heizung über die Wärmepumpe mit elektrischer Zusatzheizung bis hin zur schrittweisen Kopplung der Wärmepumpe mit breitem Temperaturbereich und dem Fahrzeug-Thermomanagement entwickelt sich die Thermomanagement-Technologie von Elektrofahrzeugen allmählich in eine hochintegrierte und intelligente Richtung.Und die Umweltanpassungsfähigkeit in einem weiten Temperaturbereich und unter extremen Bedingungen wird allmählich verbessert.
In der Anfangsphase der Industrialisierung von Elektrofahrzeugen wird es im Wesentlichen mit dem Ersatz von Energiesystemen wie Batterien und Motoren als Kerntechnologie entwickelt.Hilfssysteme wie Kabinenklimatisierung, Scheibenbeschlagentfernung und Temperaturregelung von Leistungskomponenten werden schrittweise auf der Grundlage traditioneller Wärmemanagementtechnologien für Kraftstofffahrzeuge verbessert.Sowohl Klimaanlagen für reine Elektrofahrzeuge als auch Klimaanlagen für Kraftstofffahrzeuge realisieren die Kühlfunktion durch den Dampfkompressionszyklus.Der Unterschied zwischen beiden besteht darin, dass der Klimakompressor eines Benzinfahrzeugs indirekt über einen Riemen vom Motor angetrieben wird, während ein reines Elektrofahrzeug direkt einen Kompressor mit elektrischem Antrieb verwendet, um den Kältekreislauf anzutreiben.Bei der Beheizung von Benzinfahrzeugen im Winter wird die Abwärme des Motors ohne zusätzliche Wärmequelle direkt zur Beheizung des Fahrgastraums genutzt.Allerdings kann die Abwärme des Motors von reinen Elektrofahrzeugen den Heizbedarf im Winter nicht decken.Daher ist die Winterheizung ein Problem, das reine Elektrofahrzeuge lösen müssen..Heizung mit positivem Temperaturkoeffizienten (positiver Temperaturkoeffizient, PTC) besteht aus einem PTC-Keramikheizelement und einem Aluminiumrohr, das die Vorteile eines geringen Wärmewiderstands und einer hohen Wärmeübertragungseffizienz aufweist.Und es gibt kleinere Änderungen, die auf der Karosserie des Kraftstoffautos basieren.Daher verwendeten frühe Elektrofahrzeuge eine Dampfkompressionskältekreislaufkühlung plus PTC-Heizung, um ein Wärmemanagement des Fahrgastraums zu erreichen, wie in Abbildung 2 gezeigt. Im Gegensatz zu Benzinfahrzeugen, die mit Kraftstoff betrieben werden, werden Elektrofahrzeuge von Leistungsbatterien angetrieben.Wenn das Elektrofahrzeug normal fährt, gibt die Leistungsbatterie Wärme ab und die Temperatur steigt, was eine Batteriekühlung erfordert.Die Batteriekühlmethoden umfassen hauptsächlich Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung, Phasenwechselmaterialkühlung und Heatpipe-Kühlung.Aufgrund ihrer einfachen Struktur, niedrigen Kosten und einfachen Wartung wurde die Luftkühlung in frühen Elektrofahrzeugen häufig verwendet.Die Hauptform des Wärmemanagements in dieser Phase besteht darin, dass jedes unabhängige Subsystem die jeweiligen Anforderungen des Wärmemanagements erfüllt.
Im realen Einsatz ist der Heizenergiebedarf von Elektrofahrzeugen im Winter relativ hoch.Aus thermodynamischer Sicht ist der COP der PTC-Heizung immer kleiner als 1, was den Stromverbrauch der PTC-Heizung hoch und den Energienutzungsgrad niedrig macht, was die Laufleistung von Elektrofahrzeugen stark einschränkt.Die Wärmepumpentechnologie nutzt den Dampfkompressionszyklus, um die minderwertige Wärme in der Umgebung zu nutzen, und der theoretische COP zum Heizen ist größer als 1. Daher kann die Verwendung eines Wärmepumpensystems anstelle von PTC die Reichweite von Elektrofahrzeugen unter erhöhen Heizbedingungen.
Mit der weiteren Verbesserung der Kapazität und Leistung der Leistungsbatterie nimmt auch die Wärmebelastung während des Betriebs der Leistungsbatterie allmählich zu.Die herkömmliche Luftkühlungsstruktur kann die Temperaturregelungsanforderungen von Leistungsbatterien nicht erfüllen.Daher ist die Flüssigkeitskühlung das Hauptverfahren zur Steuerung der Batterietemperatur geworden.Da darüber hinaus die vom menschlichen Körper benötigte angenehme Temperatur ähnlich der Temperatur ist, bei der die Leistungsbatterie normal arbeitet, können die Kühlanforderungen des Fahrgastraums und der Leistungsbatterie durch paralleles Verbinden von Wärmetauschern in der Fahrgastraum-Wärmepumpe erfüllt werden System.Die Wärme der Leistungsbatterie wird indirekt über Wärmetauscher und Sekundärkühlung abgeführt.Der Integrationsgrad der Wärmemanagement System des Elektrofahrzeugs wurde verbessert.Obwohl der Integrationsgrad zugenommen hat, integriert das Thermomanagementsystem derzeit nur noch Batteriekühlung und Fahrgastraumkühlung.Abwärme von Batterien und Motoren wurde nicht effektiv genutzt.
Herkömmliche Wärmepumpen-Klimaanlagen haben eine geringe Heizeffizienz und unzureichende Heizleistung in der kalten Umgebung, was die Anwendungsszenarien von Elektrofahrzeugen einschränkt.Daher wurde eine Reihe von Verfahren entwickelt und angewendet, um die Leistung von Wärmepumpen-Klimaanlagen unter Niedertemperaturbedingungen zu verbessern.Durch rationelles Erhöhen des sekundären Wärmetauscherkreislaufs bei gleichzeitiger Kühlung der Leistungsbatterie und des Motorsystems wird die verbleibende Wärme recycelt, um die Heizkapazität von Elektrofahrzeugen unter Niedrigtemperaturbedingungen zu verbessern.Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Heizleistung der Klimaanlage mit Wärmepumpe zur Wärmerückgewinnung im Vergleich zu der herkömmlichen Klimaanlage mit Wärmepumpe erheblich verbessert ist.
Neben der Rückgewinnung und Nutzung von Abwärme aus Batterien und Motorsystemen ist auch die Nutzung von Rückluft eine Möglichkeit, den Energieverbrauch des Thermomanagementsystems unter Niedertemperaturbedingungen zu reduzieren.Die Forschungsergebnisse zeigen, dass bei niedrigen Umgebungstemperaturen durch sinnvolle Rückluftnutzungsmaßnahmen die benötigte Heizleistung von Elektrofahrzeugen um 46 % bis 62 % reduziert werden kann, während Beschlag und Bereifung der Scheiben vermieden werden.Es kann den Heizenergieverbrauch um bis zu 40 % reduzieren.Die Umweltanpassungsfähigkeit des Thermomanagements von Elektrofahrzeugen unter Extrembedingungen verbessert sich derzeit sukzessive und entwickelt sich in Richtung Integration und Ökologisierung.
Um die Wärmemanagementeffizienz der Batterie unter Hochleistungsbedingungen weiter zu verbessern und die Komplexität des Wärmemanagements zu reduzieren, wird eine technische Lösung vorgeschlagen, die ein Direktkühlungs- und Direktheizungs-Batterietemperatursteuerungsverfahren ist, bei dem das Kühlmittel direkt zugeführt wird das Batteriepaket für den Wärmeaustausch.Eine Wärmemanagementkonfiguration mit direktem Wärmeaustausch zwischen dem Batteriepack und dem Kältemittel ist in Abbildung 3 dargestellt. Die Direktkühltechnologie kann die Wärmeaustauscheffizienz und Wärmeaustauschkapazität verbessern, eine gleichmäßigere Temperaturverteilung innerhalb der Batterie erzielen und den Sekundärkreislauf reduzieren und erhöhen die Abwärmerückgewinnung des Systems.Dies wiederum verbessert die Leistungsfähigkeit der Batterietemperaturregelung.Aufgrund der direkten Wärmeaustauschtechnologie zwischen der Batterie und dem Kältemittel ist es jedoch erforderlich, die Kühlung und Wärme durch die Arbeit des Wärmepumpensystems zu erhöhen.Einerseits wird die Temperaturregelung der Batterie durch den Start und Stopp der Wärmepumpen-Klimaanlage begrenzt und hat einen gewissen Einfluss auf die Leistung des Kältemittelkreislaufs.Andererseits schränkt es auch die Nutzung natürlicher Kältequellen in Übergangszeiten ein, sodass diese Technologie noch weiter erforscht, verbessert und anwendungstechnisch evaluiert werden muss.
Das aktuelle Thermomanagement von Elektrofahrzeugen hat zwar im Vergleich zum Frühstadium große Fortschritte in puncto Integration, Energieeinsparung und hohe Effizienz gemacht, dennoch bestehen noch große Herausforderungen beim Ersatz von Kältemitteln, der Entwicklung von Wärmepumpensystemen insgesamt Klimazonen und weite Temperaturzonen sowie eine intelligente Steuerung.
Die Erforschung und Anwendung potenzieller alternativer Kältemittel konzentriert sich hauptsächlich auf R1234yf, CO2 und R290.Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften der oben genannten Kältemittel sind in Tabelle 4 aufgeführt. R1234yf hat ähnliche thermodynamische Eigenschaften wie das herkömmliche Kältemittel R134a, und es ist einfach, das Kältemittel zu ersetzen, aber der Preis ist relativ hoch.R290 und CO2 haben als natürliche und umweltfreundliche Kältemittel den Vorteil relativ günstiger Preise.CO2 ist ungiftig, nicht brennbar und hat eine ausgezeichnete thermische Stabilität.Und es hat einen großen Temperaturgleit, wenn es Wärme in einem überkritischen Zustand abgibt, so dass es eine hervorragende Heizleistung hat.Das Wärmepumpensystem R290 hat eine hervorragende Kühl- und Heizleistung.Da R290 jedoch ein brennbares Kältemittel ist, ist die Lösung der Sicherheitsrisiken, die durch die Entflammbarkeit von R290 verursacht werden, das Schlüsselproblem, um die Anwendung des R290-Wärmepumpensystems in Elektrofahrzeugen zu realisieren.
Die thermischen Eigenschaften von R1234yf und R134a-Kältemitteln sind sehr ähnlich, und R1234yf kann direkt als Ersatz für das R134a-Wärmemanagementsystem verwendet werden, aber die Systemleistung wird leicht reduziert.R1234yf hat eine schwache Entflammbarkeit, und das Risiko einer Verbrennung kann durch Hinzufügen eines Sekundärkreislaufs verringert werden.Aus Gründen wie Patenten und Synthesetechnologie ist der hohe Preis von R1234yf zu einem Hindernis geworden, das seine Verbreitung und Anwendung einschränkt.
Als preiswertes, umweltfreundliches natürliches Kältemittel.Derzeit wird das CO2-Wärmepumpensystem in realen Fahrzeugen eingesetzt, aber es gibt immer noch Probleme wie unzureichende Kühlleistung im Sommer und geringe Heizeffizienz bei extrem kalten Bedingungen.Das Hauptziel der Arbeiten im Forschungsbereich ist die weitere Verbesserung der Leistung von CO2-Wärmepumpensystemen, insbesondere die Verbesserung der Kühlleistung in Hochtemperaturumgebungen.
R290, als ein weiteres potenzielles alternatives umweltfreundliches natürliches Kältemittel, hat eine hervorragende Kühl- und Heizleistung.
Andererseits können gemischte Kältemittel die Einschränkungen der physikalischen Eigenschaften von rein natürlichen Kältemitteln überwinden, und es ist auch eine der Entwicklungsrichtungen neuer Kältemittel-Wärmepumpensysteme in der Zukunft.
Das effiziente und intelligente Thermomanagement von Elektrofahrzeugen und der thermische Komfort der Fahrgastkabine sind zu den wichtigsten Garanten für die Verbesserung der Reisequalität geworden.Entsprechend den unterschiedlichen Fahrbedingungen des Fahrzeugs selbst schwankt die thermische Belastung jedes Systems des Elektrofahrzeugs dynamisch.Darüber hinaus vertieft sich der Kopplungsgrad des thermischen Systems von Elektrofahrzeugen weiter, was höhere Anforderungen an die Steuerung des thermischen Managementsystems stellt.Daher wird ein intelligentes, integriertes und feinkörniges Steuerverfahren das Steuerverfahren sein, um den Energieverbrauch des Fahrzeugs zu reduzieren und den Komfort zu verbessern.
Das herkömmliche Steuerverfahren des Wärmepumpensystems besteht darin, jedes unabhängige Wärmemanagementobjekt und jeden Wärmemanagementaktuator durch Schaltersteuerung, PID-Steuerung und andere Verfahren zu steuern.Entsprechend der Abweichung zwischen Soll- und Istwert wird jeder Regelparameter innerhalb des eingestellten Bereichs gehalten, indem Parameter wie Verdichtungsgeschwindigkeit, Öffnung des Expansionsventils, Leistung der elektrischen Heizung, Leistung der Umwälzpumpe und Luftmenge des elektronischen Lüfters angepasst werden.Mit der Vertiefung der Integration des Wärmemanagements ist die PID-Regelung jedoch anfällig für Probleme wie Überschwingen oder Schwingen im komplexen dynamischen Regelprozess.Während der Energieverbrauch steigt, sinkt der Fahrkomfort.Das Steuerungsverfahren des mehrzweiggekoppelten komplexen Wärmepumpensystems ist der aktuelle Forschungsschwerpunkt der Steuerungstechnologie des Thermomanagementsystems von Elektrofahrzeugen.
Um den thermischen Komfort des Fahrers zu gewährleisten, ist es erforderlich, die Temperatur und Luftfeuchtigkeit des Fahrgastraums innerhalb einer angemessenen Schwankungsbreite zu regeln.Zur Steuerung der heißen und feuchten Umgebung im Auto besteht das herkömmliche Steuerverfahren darin, die Temperatur und Feuchtigkeit im Inneren des Autos zu steuern, indem das Luftzufuhrvolumen und die Temperatur unter der Voraussetzung eingestellt werden, dass die Frontscheibe nicht beschlägt und der sichere Betrieb gewährleistet wird des Fahrzeugs.Die Umwelt wird kontrolliert.
Im Sinne des Fahrzeug-Thermomanagements umfasst das Thermomanagement des Fahrgastraums nicht nur die traditionelle Methode der Klimatisierung, sondern auch neue Verfahren wie die Sitzheizung, die ebenfalls erforscht und vorangetrieben wurden.Zusätzlich zu der aktiven Anpassungsmethode des Wärmemanagements kann eine vernünftige Gestaltung der Körperisolierungsstruktur und Materialauswahl auch die Volatilität der Innenumgebung reduzieren und den Wärmekomfort verbessern.Außerdem führt eine angenehme Fahrumgebung für eine lange Zeit wahrscheinlich zu einer Ermüdung des Fahrers und beeinträchtigt die Fahrsicherheit.Einschlägige Forschungen zu intelligenten Steuersystemen, die die geistige Konzentration des Fahrers durch Blasen oder andere stimulierende Mittel verbessern, sind ebenfalls im Gange.
Das Wärmemanagementsystem für Elektrofahrzeuge wurde gegenüber der herkömmlichen Klimaanlage für Kraftstofffahrzeuge verbessert und geht allmählich auf das für Elektrofahrzeuge geeignete Wärmepumpensystem über.Anders als bei Kraftstofffahrzeugen umfassen die Wärmemanagementobjekte von Elektrofahrzeugen auch Batteriesysteme und Motorsysteme.Durch die dreielektrische Kupplung werden der Kopplungsgrad des Thermomanagementsystems des Elektrofahrzeugs und der Integrationsgrad von Komponenten kontinuierlich verbessert.
Um die Anwendbarkeit von Elektrofahrzeugen in mehreren Umgebungen zu verbessern und die Reichweite von Elektrofahrzeugen weiter zu erhöhen, ist es notwendig, Wärmepumpensysteme zu entwickeln, die sich an weite Temperaturbereiche und extreme Bedingungen anpassen können.
Angesichts der steigenden Nachfrage nach Reisequalität ist es notwendig, die Aufmerksamkeit des Wärmemanagements auf den thermischen Komfort des menschlichen Körpers zu lenken und menschenorientierte und intelligente Wärmemanagementtechnologien und Steuerstrategien für Kraftfahrzeuge zu implementieren.
Angesichts verschärfter Umweltschutzauflagen sollten wir uns auf die alternative Erforschung umweltfreundlicher Kältemittel konzentrieren.Und durch die Entwicklung von Technologien wie Abwärmenutzung und Strahlluftergänzung wird der Aufbau eines umweltfreundlichen, energiesparenden und effizienten Fahrzeug-Thermomanagementsystems abgeschlossen.
