منذ عام 2014 ، أصبحت صناعة المركبات الكهربائية ساخنة تدريجياً. من بينها ، أصبحت الإدارة الحرارية للسيارات الكهربائية ساخنة تدريجياً. لأن نطاق السيارات الكهربائية لا يعتمد فقط على كثافة الطاقة للبطارية ، ولكن أيضًا على تكنولوجيا نظام الإدارة الحرارية للسيارة. نظام الإدارة الحرارية للبطارية أيضاخبراءاستقل عملية من الصفر ، من الإهمال إلى الاهتمام.
لذلك اليوم ، دعنا نتحدث عنالإدارة الحرارية للسيارات الكهربائية، ماذا يديرون؟
أوجه التشابه والاختلاف بين الإدارة الحرارية للمركبات الكهربائية والإدارة الحرارية للمركبة التقليدية
يتم وضع هذه النقطة في المقام الأول لأنه بعد أن دخلت صناعة السيارات في عصر الطاقة الجديد ، تغيرت النطاق وطرق التنفيذ ومكونات الإدارة الحرارية بشكل كبير.
ليست هناك حاجة لقول المزيد حول بنية الإدارة الحرارية لمركبات الوقود التقليدية هنا ، وكان القراء المحترفين واضحين للغاية أن الإدارة الحرارية التقليدية تشمل أساسًانظام الإدارة الحرارية لتكييف الهواء والنظام الفرعي للإدارة الحرارية لمجموعة نقل الحركة.
تعتمد بنية الإدارة الحرارية للسيارات الكهربائية على بنية الإدارة الحرارية لمركبات الوقود ، وتضيف نظام الإدارة الحرارية الإلكترونية الكهربائية المحرك الكهربائي ونظام الإدارة الحرارية للبطارية ، على عكس سيارات الوقود ، تكون السيارات الكهربائية أكثر حساسية لتغيرات درجة الحرارة ، ودرجة الحرارة هي مفتاح عامل لتحديد سلامتها وأدائها وحياة ، والإدارة الحرارية هي وسيلة ضرورية للحفاظ على نطاق درجة الحرارة المناسبة والتوحيد. لذلك ، فإن نظام الإدارة الحرارية للبطارية أمر بالغ الأهمية بشكل خاص ، وترتبط الإدارة الحرارية للبطارية (تبديد الحرارة/توصيل الحرارة/عزل الحرارة) ارتباطًا مباشرًا بسلامة البطارية واتساق الطاقة بعد الاستخدام طويل الأجل.
لذلك ، من حيث التفاصيل ، هناك بشكل أساسي الاختلافات التالية.
مصادر حرارة مختلفة لتكييف الهواء
يتكون نظام تكييف الهواء لشاحنة الوقود التقليدية بشكل أساسي من ضاغط ومكثف وصمام تمدد ومبخر وخط أنابيب وغيرهعناصر.
عند التبريد ، يتم الانتهاء من المبرد (المبرد) بواسطة الضاغط ، ويتم إزالة الحرارة في السيارة لتقليل درجة الحرارة ، وهو مبدأ التبريد. لأنعمل الضاغط يجب أن تكون مدفوعة بالمحرك ، وستزيد عملية التبريد من عبء المحرك ، وهذا هو السبب في أننا نقول أن تكييف الهواء الصيفي يكلف المزيد من النفط.
في الوقت الحاضر ، فإن جميع تسخين مركبات الوقود تقريبًا هو استخدام الحرارة من سائل تبريد المحرك - يمكن استخدام كمية كبيرة من حرارة النفايات الناتجة عن المحرك لتدفئة تكييف الهواء. يتدفق المبرد عبر المبادل الحراري (المعروف أيضًا باسم خزان المياه) في نظام الهواء الدافئ ، ويتم تبادل الهواء المنقولة بواسطة المنفاخ مع سائل تبريد المحرك ، ويتم تسخين الهواء ثم إرساله إلى السيارة.
ومع ذلك ، في البيئة الباردة ، يحتاج المحرك إلى الركض لفترة طويلة لرفع درجة حرارة الماء إلى درجة الحرارة المناسبة ، ويحتاج المستخدم إلى تحمل البرد لفترة طويلة في السيارة.
يعتمد تسخين مركبات الطاقة الجديدة بشكل رئيسي على السخانات الكهربائية ، والسخانات الكهربائية لها سخانات الرياح وسخانات المياه. يتشابه مبدأ سخان الهواء لمجفف الشعر ، والذي يسخن مباشرة الهواء المتداول عبر ورقة التدفئة ، وبالتالي توفير الهواء الساخن للسيارة. ميزة سخان الرياح هي أن وقت التدفئة سريع ، ونسبة كفاءة الطاقة أعلى قليلاً ، ودرجة حرارة التدفئة مرتفعة. العيب هو أن الرياح التدفئة جافة بشكل خاص ، مما يجلب الشعور بالجفاف على جسم الإنسان. يتشابه مبدأ سخان الماء مع سخان المياه الكهربائية ، الذي يسخن المبرد من خلال ورقة التدفئة ، ويتدفق سائل التبريد عالية الحرارة عبر قلب الهواء الدافئ ثم تسخن الهواء المتداول لتحقيق التدفئة الداخلية. يكون وقت التدفئة لسخان الماء أطول قليلاً من سخان الهواء ، ولكنه أيضًا أسرع بكثير من مركبة الوقود ، وأنابيب المياه لها فقدان الحرارة في بيئة درجة الحرارة المنخفضة ، وكفاءة الطاقة أقل قليلاً . يستخدم Xiaopeng G3 سخان المياه المذكور أعلاه.
سواء كانت تسخين الرياح أو تسخين المياه ، للسيارات الكهربائية ، هناك حاجة إلى بطاريات الطاقة لتوفير الكهرباء ، ويتم استهلاك معظم الكهرباء فيالتدفئة تكييف الهواء في بيئات درجة الحرارة المنخفضة. ينتج عن هذا انخفاض نطاق القيادة من السيارات الكهربائية في بيئات درجة الحرارة المنخفضة.
مقارنةإد مع مشكلة سرعة التدفئة البطيئة لمركبات الوقود في بيئات درجات الحرارة المنخفضة ، يمكن أن يؤدي استخدام التدفئة الكهربائية للسيارات الكهربائية إلى تقليل وقت التدفئة بشكل كبير.
الإدارة الحرارية لبطاريات الطاقة
بالمقارنة مع الإدارة الحرارية للمحرك لمركبات الوقود ، فإن متطلبات الإدارة الحرارية لنظام الطاقة الكهربائية أكثر صرامة.
نظرًا لأن أفضل نطاق درجة حرارة العمل للبطارية صغير جدًا ، فإن درجة حرارة البطارية مطلوبة عمومًا تتراوح بين 15 و 40° ومع ذلك ، فإن درجة الحرارة المحيطة التي تستخدمها المركبات هي -30 ~ 40° C ، وظروف القيادة للمستخدمين الفعليين معقدة. يحتاج التحكم في الإدارة الحرارية إلى تحديد وتحديد ظروف قيادة المركبات وحالة البطاريات بشكل فعال ، وتنفيذ التحكم الأمثل في درجة الحرارة ، والسعي لتحقيق توازن بين استهلاك الطاقة وأداء السيارة وأداء البطارية والراحة.
من أجل تخفيف قلق النطاق ، تزداد سعة بطارية السيارة الكهربائية أكبر وأكبر ، وكثافة الطاقة ترتفع وأعلى ؛ في الوقت نفسه ، من الضروري حل تناقض وقت الانتظار لفترة طويلة جدًا للمستخدمين ، وشحن سريع وشحن سريع للغاية.
من حيث الإدارة الحرارية ، يجلب الشحن السريع للتيار العالي توليد حرارة أكبر واستهلاك الطاقة العالي للبطارية. بمجرد أن تكون درجة حرارة البطارية مرتفعة للغاية أثناء الشحن ، قد لا تسبب مخاطر السلامة فحسب ، بل تؤدي أيضًا إلى مشاكل مثل انخفاض كفاءة البطارية وتسريع عمر البطارية. تصميمنظام الإدارة الحراريةهو اختبار شديد.
الإدارة الحرارية للمركبة الكهربائية
تعديل الراحة في المقصورة الشاغل
تؤثر البيئة الحرارية الداخلية للسيارة بشكل مباشر على راحة الشاغل. بالدمج مع النموذج الحسي لجسم الإنسان ، تعد دراسة التدفق ونقل الحرارة في الكابينة وسيلة مهمة لتحسين راحة السيارة وتحسين أداء السيارة. من تصميم هيكل الجسم ، من منفذ تكييف الهواء ، والزجاج الذي يتأثر بإشعاع أشعة الشمس وتصميم الجسم كله ، جنبًا إلى جنب مع نظام تكييف الهواء ، يتم النظر في التأثير على راحة الشاغل.
عند قيادة السيارة ، لا ينبغي للمستخدمين تجربة الشعور بالقيادة التي جلبها ناتج الطاقة القوي للسيارة فحسب ، ولكن أيضًا راحة بيئة المقصورة هي جزء مهم.
التحكم في ضبط درجة حرارة تشغيل بطارية الطاقة
سوف تواجه البطارية التي تستخدم العملية الكثير من المشكلات ، خاصة في درجة حرارة البطارية ، بطارية الليثيوم في توهين الطاقة في بيئة درجة الحرارة المنخفضة للغاية أمر خطير ، في بيئة درجة الحرارة العالية معرضة لمخاطر السلامة ، واستخدام البطاريات في أقصى الحدود من المحتمل جدًا أن تسبب الحالات ضررًا للبطارية ، وبالتالي تقليل أداء البطارية والحياة.
الغرض الرئيسي من الإدارة الحرارية هو جعل حزمة البطارية تعمل دائمًا ضمن نطاق درجة الحرارة المناسب للحفاظ على أفضل حالة عمل لحزمة البطارية. يتضمن نظام الإدارة الحرارية للبطارية بشكل أساسي ثلاث وظائف: تبديد الحرارة ، والتسخين والمعادلة في درجة الحرارة. يتم تعديل تبديد الحرارة والتسخين بشكل أساسي للتأثير المحتمل لدرجة حرارة البيئة الخارجية على البطارية. يتم استخدام معادلة درجة الحرارة لتقليل فرق درجة الحرارة داخل حزمة البطارية ومنع التحلل السريع الناجم عن ارتفاع درجة حرارة جزء معين من البطارية.
تنقسم أنظمة الإدارة الحرارية للبطارية المستخدمة في السيارات الكهربائية الآن في السوق بشكل أساسي إلى فئتين: تبريد الهواء ومبرد بالسائل.
مبدأنظام الإدارة الحرارية المبردة بالهواء يشبه مبدأ تبديد الحرارة للكمبيوتر ، يتم تثبيت مروحة تبريد في قسم واحد من حزمة البطارية ، والطرف الآخر له فتحة تنفيس ، والتي تسرع تدفق الهواء بين البطاريات من خلال عمل المروحة لإخراج الحرارة المنبعثة من البطارية عندما تعمل.
بصراحة ، يهدف تبريد الهواء إلى إضافة مروحة على جانب حزمة البطارية ، وتبريد حزمة البطارية عن طريق نفخ المروحة ، ولكن ستتأثر الرياح التي تفجرها المروحة بالعوامل الخارجية ، وكفاءة تبريد الهواء سيتم تقليلها عندما تكون درجة الحرارة الخارجية أعلى. تمامًا مثل نفخ المروحة لا يجعلك أكثر برودة في يوم حار. ميزة تبريد الهواء هي بنية بسيطة وتكلفة منخفضة.
يخرج التبريد السائل الحرارة الناتجة عن البطارية أثناء العمل من خلال سائل التبريد في خط أنابيب المبرد داخل حزمة البطارية لتحقيق تأثير تقليل درجة حرارة البطارية. من تأثير الاستخدام الفعلي ، يحتوي الوسط السائل على معامل نقل الحرارة العالي ، وسعة حرارة كبيرة ، وسرعة تبريد أسرع ، ويستخدم Xiaopeng G3 نظام تبريد سائل مع كفاءة تبريد أعلى.
بعبارات بسيطة ، فإن مبدأ التبريد السائل هو ترتيب أنبوب الماء في حزمة البطارية. عندما تكون درجة حرارة حزمة البطارية مرتفعة للغاية ، يتم سكة الماء البارد في أنبوب الماء ، ويتم أخذ الحرارة عن طريق الماء البارد لتبرد. إذا كانت درجة حرارة حزمة البطارية منخفضة للغاية ، فيجب تسخينها.
عندما يتم تشغيل السيارة بقوة أو مشحونة بسرعة ، يتم إنشاء كمية كبيرة من الحرارة أثناء شحن البطارية وتفريغها. عندما تكون درجة حرارة البطارية مرتفعة للغاية ، قم بتشغيل الضاغط ، ويتدفق المبرد منخفض الحرارة عبر المبرد في أنبوب تبريد المبادل الحراري للبطارية. يتدفق سائل التبريد منخفضة الحرارة إلى حزمة البطارية لإخراج الحرارة ، بحيث يمكن للبطارية الحفاظ على أفضل نطاق درجة حرارة ، مما يحسن إلى حد كبير سلامة البطارية وموثوقية أثناء استخدام السيارة وتقصير وقت الشحن.
في فصل الشتاء البارد للغاية ، بسبب انخفاض درجة الحرارة ، يتم تقليل نشاط بطاريات الليثيوم ، ويتم تقليل أداء البطارية بشكل كبير ، ولا يمكن أن تكون البطارية تفريغًا عالي الطاقة أو الشحن السريع. في هذا الوقت ، قم بتشغيل سخان الماء لتسخين سائل التبريد في دائرة البطارية ، ويسخن سائل تبريد درجة الحرارة العالي البطارية. إنه يضمن أن السيارة يمكن أن تتمتع أيضًا بقدرة على الشحن السريع ونطاق القيادة الطويل في بيئة درجات الحرارة المنخفضة.
التحكم الكهربائي في التحكم الإلكترونية وتبريد حرارة الأجزاء الكهربائية عالية الطاقة
حققت مركبات الطاقة الجديدة وظائف كهربة شاملة ، وتم تغيير نظام طاقة الوقود إلى نظام طاقة كهربائية. تخرج بطارية الطاقة إلى370V DC الجهد لتوفير الطاقة والتبريد والتدفئة للسيارة ، وتوفير الطاقة لمختلف المكونات الكهربائية على السيارة. أثناء قيادة السيارة ، ستقوم المكونات الكهربائية عالية الطاقة (مثل المحركات ، DCDC ، وحدات التحكم في المحركات ، وما إلى ذلك) أن تولد الكثير من الحرارة. قد تتسبب ارتفاع درجة الحرارة في أجهزة الطاقة في انقطاع السيارة ، وحد من الطاقة ، وحتى مخاطر السلامة. تحتاج الإدارة الحرارية للمركبة إلى تبديد الحرارة المتولدة في الوقت المناسب لضمان أن تكون المكونات الكهربائية عالية الطاقة للسيارة في نطاق درجة حرارة العمل الآمن.
G3 محرك الكهرباء نظام التحكم الإلكتروني يتبنى تبديد حرارة التبريد السائل للإدارة الحرارية. يتدفق سائل التبريد الموجود في خط أنابيب نظام محرك المضخة الإلكترونية عبر المحرك وأجهزة التدفئة الأخرى لتحمل حرارة الأجزاء الكهربائية ، ثم يتدفق عبر المبرد في مصبحة تناول السيارة الأمامية ، ويتم تشغيل المروحة الإلكترونية إلى تبريد سائل تبريد درجة الحرارة العالية.
بعض الأفكار حول التطوير المستقبلي لصناعة الإدارة الحرارية
استهلاك الطاقة المنخفضة:
من أجل تقليل استهلاك الطاقة الكبير الناتج عن تكييف الهواء ، تلقى تكييف الهواء المضخة الحرارية اهتمامًا كبيرًا تدريجياً. على الرغم من أن نظام المضخات الحرارية العامة (باستخدام R134A كمبرد) له قيود معينة في البيئة المستخدمة ، مثل درجة حرارة منخفضة للغاية (أقل من -10° ج) لا يمكن أن تعمل ، لا يختلف التبريد في بيئة درجات الحرارة العالية عن تكييف الهواء الكهربائي العادي. ومع ذلك ، في معظم أنحاء الصين ، يمكن لموسم الربيع والخريف (درجة الحرارة المحيطة) أن يقلل بشكل فعال من استهلاك الطاقة في تكييف الهواء ، ونسبة كفاءة الطاقة هي 2 إلى 3 أضعاف نسبة السخانات الكهربائية.
ضجيج منخفض:
بعد أن لا تحتوي السيارة الكهربائية على مصدر ضوضاء للمحرك ، فإن الضوضاء الناتجة عن تشغيلالضاغطوالمروحة الإلكترونية الأمامية عندما يتم تشغيل مكيف الهواء للتبريد من السهل أن يشتكي المستخدمون. تساعد منتجات المروحة الإلكترونية الفعالة والهادئة وضواغط الإزاحة الكبيرة على تقليل الضوضاء الناجمة عن التشغيل مع زيادة سعة التبريد
التكلفة المنخفضة:
تستخدم طرق التبريد والتدفئة لنظام الإدارة الحرارية في الغالب نظام التبريد السائل ، كما أن الطلب على تسخين البطارية وتدفئة الهواء في بيئة درجة حرارة منخفضة كبيرة جدًا. يتمثل الحل الحالي في زيادة سخان الكهرباء لزيادة إنتاج الحرارة ، مما يجلب تكلفة الأجزاء العالية واستهلاك الطاقة العالية. إذا كان هناك تقدم في تكنولوجيا البطارية لحل أو تقليل متطلبات درجة الحرارة القاسية للبطاريات ، فسيحقق ذلك تحسينًا كبيرًا في تصميم وتكلفة أنظمة الإدارة الحرارية. سيساعد الاستخدام الفعال في حرارة النفايات الناتجة عن المحرك أثناء تشغيل السيارة أيضًا إلى تقليل استهلاك الطاقة لنظام الإدارة الحرارية. الترجمات الخلفية هي تقليل سعة البطارية ، وتحسين نطاق القيادة ، وتقليل تكلفة السيارة.
ذكي:
درجة عالية من كهربة هي اتجاه تطوير السيارات الكهربائية ، وتقتصر مكيفات الهواء التقليدية فقط على وظائف التبريد والتدفئة لتطوير ذكي. يمكن تحسين تكييف الهواء إلى دعم البيانات الكبيرة استنادًا إلى عادات سيارة المستخدم ، مثل السيارة العائلية ، يمكن تكييف درجة حرارة تكييف الهواء بذكاء مع أشخاص مختلفين بعد وصولهم إلى السيارة. قم بتشغيل تكييف الهواء قبل الخروج بحيث تصل درجة الحرارة في السيارة إلى درجة حرارة مريحة. يمكن لمخرج الهواء الكهربائي الذكي ضبط اتجاه منفذ الهواء تلقائيًا وفقًا لعدد الأشخاص الموجودين في السيارة والموقف وحجم الجسم.
وقت النشر: أكتوبر -20-2023