毫不誇張地說,汽車的熱管理技術是從內燃機(發動機)開始的。內燃發動機在將燃燒化石燃 料時產生的熱能轉換為動能的過程中會產生大量熱量,並且熱管理系統對於正確地保持發動機 溫度至關重要。隨著汽車的發展,在1930年代應用室內空調(空調)為駕駛員和乘客提供舒適的環境,結果,熱管理的主題擴充套件到了車輛的內部空間。從那時起,熱管理的概念和技術得到了很大的發展。但是,近年來,為了減少環境汙染,對環保型汽車(電動汽車,氫能電動汽車,混合動力汽車,插電式混合動力汽車)的需求已得到極大的重視,因此,汽車熱管理的概念正在發生重大變化。
在這裡,我們將重點關注以純電動汽車(BEV,電池電動汽車)為中心的整合熱量管理和變化 方向。
以發動機和變速器為代表的內燃機動力傳遞系統與(動力總成)不同,在純電動汽車中,電動 機,功率轉換器和電池分別承擔發電,轉換和儲存功率的作用,可以透過<圖1>進行確認。 大多數電動車輛儲存和供應電能。作為裝置,採用鋰離子電池。原因是鋰離子電池的高穩定 性,長壽命,低放電率,高能量密度和重量輕。功率轉換器將儲存在鋰離子電池中的電能(直 流電)轉換為交流電能,或者在操作再生制動系統時,電動機充當發電機。它還具有同時轉換 和向電池提供電能的作用。最後,電動機將從功率轉換器轉換的電能(AC)連續轉換為機械 能,以將動力傳輸到車輛,反之亦然。它也被執行。
這種電力傳輸系統中的熱量產生主要是由於電流的產生。 在功率轉換器的情況下,絕緣柵雙 極型電晶體(IGBT)和二極體(二極體)會區域性產生熱量,在電動機和電池的情況下,每個 元件都會產生整體熱量。 另外,每個部分具有不同的比熱,密度,體積和耐熱特性,並且管理溫度也不同。
近年來, 由於電動汽車的里程數(km)的增加和電力效能的提高,主要部分的發熱量增加,並且從現 有的空氣冷卻到水冷卻方法的熱管理系統被用於熱管理。 這是一個變化的趨勢。
所有上述元件都需要主動熱管理以維持適當的溫度,並且每個元件的冷卻系統都可以獨立配 置,但是每個元件都需要滿足價格,重量,尺寸和系統的冷卻效能。這種趨勢並非獨立於熱管 理系統而發展。<圖2>示出了電動車輛整合熱管理系統的示例。特別是對於鋰離子電池,已 知其正常工作溫度為20〜40℃,為了使夏天的電池溫度保持在外界溫度以下,必須將其與制 冷迴圈結合以冷卻車內空間。因此,動力總成水冷卻系統,室內空調和電池熱量管理系統都被 熱結合,並且需要應用整合的熱量管理系統來適當地控制熱量管理目標的溫度。
同時,電動汽車的室內空調系統(HVAC,供暖,通風和空調)正在為克服技術侷限性和環境 法規的新飛躍做準備。 在沒有發動機熱源的電動車輛的情況下,透過使用PTC(正溫度係數)加熱器在冬天對室內空間進行加熱,將電能轉化為熱能並在室內提供。
然而,由於這種加熱方法減小了單次充電的驅動距離,因此不可避免地阻礙了電動汽車的商業 性,因此,與熱泵聯鎖是必不可少的。 熱泵不僅可以吸收輸入的功能,而且還可以吸收來自 室外空氣熱源的熱能並將其一起提供給房間,從而減少了加熱所需的電能消耗。 然而,作為 這種熱泵的缺點,當外部空氣溫度低時,可能無法確保足夠的加熱能力,並且當外部空氣的溫 度低且相對溼度高時,在外部熱交換器的表面上會發生霜凍( 想法是降低系統效率。
為了克服這些技術侷限性,蒸氣製冷劑熱泵技術最近引起了關注。 為了補償由於冬天的室外 溫度低而導致的製冷劑比容下降所導致的製冷劑流量下降,在透過壓縮機後在冷凝器的出口人 為地產生了一個兩相,氣相製冷劑被直接注入到壓縮機的中間。 這是一種確保製冷劑流量並 透過其增加熱容量的技術。
如上所述,電動汽車HVAC的技術發展與環境法規以及諸如迴圈最佳化等因素密切相關。 根據 2016年10月15日舉行的《蒙特利爾議定書》締約方第二十八屆大會,來自197個國家的代表 將逐步規範18種具有較高全球變暖潛能(GWP)的現有HFC(氫氟碳化合物)製冷劑的生產和消費。 同意。
世界各國必須根據<圖3>實施氫氟碳化合物削減計劃。 這些法規自然會影響汽車HVAC技術 的發展方向,以及天然製冷劑(二氧化碳,氨水,異丁烷等),HFO製冷劑(氫氟烯烴, 例 如R1234yf)或HFC /HFO已經積極進行了使用混合製冷劑的HVAC的開發。
汽車已經成為我們日常生活中最重要的元素,近來,隨著IT(資訊科技)技術的飛速發展,與汽車的融合正在加速。 此外,汽車正逐漸電氣化,自動駕駛技術的應用正變得越來越普遍。 隨著電動汽車效能的進一步提高,元件中產生的熱量將進一步增加,並且對於熱量管理,很可能採用油冷卻或蒸發冷卻方法而非現有的冷卻系統(水冷卻)。而且,根據自動駕駛,執行這些功能的電子產品(例如,LIDAR,RADAR等)可能需要進行熱管理。 考慮到這一技術發展趨勢,未來電動汽車的熱管理將在水冷卻系統,油冷卻系統,蒸發冷卻系統和HVAC之間建立更牢固的熱聯絡。它將繼續發展為整合的熱量管理系統。 電動汽車整合熱管理技術的發展似乎是一項新的技術競爭。 由於它是一個新興領域,因此被認為是佔領未來電動汽車熱管理系統市場的好機會。