מאז 2014, תעשיית הרכבים החשמליים הפכה בהדרגה ללהיט. ביניהם, ניהול תרמי של כלי רכב חשמליים הפך בהדרגה ללהיט. מכיוון שטווח הנסיעה של כלי רכב חשמליים תלוי לא רק בצפיפות האנרגיה של הסוללה, אלא גם בטכנולוגיית מערכת ניהול התרמי של הרכב. מערכת ניהול התרמי של הסוללה גם...חוויההתחלתי תהליך מאפס, מהזנחה לתשומת לב.
אז היום, בואו נדבר על ה-ניהול תרמי של כלי רכב חשמליים, מה הם מנהלים?
קווי דמיון ושוני בין ניהול תרמי של רכב חשמלי לבין ניהול תרמי מסורתי של רכב
נקודה זו מוצגת במקום הראשון משום שלאחר כניסת תעשיית הרכב לעידן האנרגיה החדש, היקף, שיטות היישום ומרכיבי ניהול התרמי השתנו במידה רבה.
אין צורך להרחיב כאן על ארכיטקטורת ניהול התרמי של כלי רכב מסורתיים המונעים בדלק, וקוראים מקצועיים הבהירו היטב שניהול תרמי מסורתי כולל בעיקר אתמערכת ניהול תרמי של מיזוג אוויר ותת-מערכת ניהול התרמי של מערכת ההינע.
ארכיטקטורת ניהול התרמי של כלי רכב חשמליים מבוססת על ארכיטקטורת ניהול התרמי של כלי רכב המונעים בדלק, ומשלבת את מערכת ניהול התרמי האלקטרונית של המנוע החשמלי ואת מערכת ניהול התרמי של הסוללה. בניגוד לרכבים המונעים בדלק, כלי רכב חשמליים רגישים יותר לשינויי טמפרטורה, הטמפרטורה היא גורם מפתח לקביעת בטיחותם, ביצועיהם ואורך חייו, וניהול תרמי הוא אמצעי הכרחי לשמירה על טווח טמפרטורות ואחידות מתאימים. לכן, מערכת ניהול התרמי של הסוללה היא קריטית במיוחד, וניהול התרמי של הסוללה (פיזור חום/הולכת חום/בידוד חום) קשור ישירות לבטיחות הסוללה ולעקביות ההספק לאחר שימוש ארוך טווח.
אז מבחינת הפרטים, ישנם בעיקר ההבדלים הבאים.
מקורות חום שונים של מיזוג אוויר
מערכת מיזוג האוויר של משאית דלק מסורתית מורכבת בעיקר ממדחס, מעבה, שסתום התפשטות, מאייד, צינור ועוד.רכיבים.
בזמן הקירור, נוזל הקירור (נוזל קירור) מועבר דרך המדחס, והחום במכונית מוסר כדי להפחית את הטמפרטורה, וזהו עקרון הקירור. מכיווןעבודת המדחס צריך להיות מונע על ידי המנוע, תהליך הקירור יגביר את העומס על המנוע, וזו הסיבה שאנו אומרים שמיזוג האוויר בקיץ עולה יותר שמן.
כיום, כמעט כל חימום הרכב מבוסס על חום נוזל הקירור של המנוע - כמות גדולה של חום פסולת הנוצרת על ידי המנוע יכולה לשמש לחימום המזגן. נוזל הקירור זורם דרך מחליף החום (הידוע גם כמיכל מים) במערכת האוויר החם, והאוויר המועבר על ידי המפוח עובר חילוף חום עם נוזל הקירור של המנוע, והאוויר מחומם ואז נשלח למכונית.
עם זאת, בסביבה קרה, המנוע צריך לפעול זמן רב כדי להעלות את טמפרטורת המים לטמפרטורה הנכונה, והמשתמש צריך לסבול את הקור זמן רב במכונית.
חימום כלי רכב בעלי אנרגיה חדשה מסתמך בעיקר על תנורי חימום חשמליים, לתנורי חימום חשמליים יש תנורי רוח ומחממי מים. עקרון תנור האוויר דומה לזה של מייבש שיער, המחמם ישירות את האוויר המסתובב דרך יריעת החימום, ובכך מספק אוויר חם לרכב. היתרון של תנור הרוח הוא שזמן החימום מהיר, יחס יעילות האנרגיה מעט גבוה יותר וטמפרטורת החימום גבוהה. החיסרון הוא שרוח החימום יבשה במיוחד, מה שמביא תחושה של יובש לגוף האדם. עקרון תנור המים דומה לזה של תנור מים חשמלי, המחמם את נוזל הקירור דרך יריעת החימום, ונוזל הקירור בטמפרטורה גבוהה זורם דרך ליבת האוויר החם ולאחר מכן מחמם את האוויר המסתובב כדי להשיג חימום פנימי. זמן החימום של תנור המים ארוך מעט מזה של תנור האוויר, אך הוא גם מהיר בהרבה מזה של רכב הדלק, ולצינור המים יש אובדן חום בסביבה בטמפרטורה נמוכה, ויעילות האנרגיה מעט נמוכה יותר. ה-Xiaopeng G3 משתמש בתנור המים שהוזכר לעיל.
בין אם מדובר בחימום רוח או חימום מים, עבור כלי רכב חשמליים, יש צורך בסוללות חשמל כדי לספק חשמל, ורוב החשמל נצרך ב...מיזוג אוויר חימום בסביבות טמפרטורה נמוכה. התוצאה היא טווח נסיעה מופחת של כלי רכב חשמליים בסביבות טמפרטורה נמוכה.
השוואהעם בעיית מהירות החימום האיטית של כלי רכב המונעים דלק בסביבות טמפרטורה נמוכה, השימוש בחימום חשמלי עבור כלי רכב חשמליים יכול לקצר מאוד את זמן החימום.
ניהול תרמי של סוללות חשמל
בהשוואה לניהול תרמי של המנוע של כלי רכב המונעים בדלק, דרישות ניהול התרמי של מערכת החשמל של כלי רכב חשמליים מחמירות יותר.
מכיוון שטווח טמפרטורות העבודה הטוב ביותר של הסוללה הוא קטן מאוד, טמפרטורת הסוללה נדרשת בדרך כלל להיות בין 15 ל-40 מעלות צלזיוס.° ג. עם זאת, טמפרטורת הסביבה הנפוצה בשימוש בכלי רכב היא -30~40° ג, ותנאי הנהיגה של המשתמשים בפועל מורכבים. בקרת ניהול תרמי צריכה לזהות ולקבוע ביעילות את תנאי הנהיגה של כלי הרכב ואת מצב הסוללות, ולבצע את בקרת הטמפרטורה האופטימלית, ולשאוף להשיג איזון בין צריכת אנרגיה, ביצועי הרכב, ביצועי הסוללה ונוחות.
על מנת להקל על חרדת הטווח, קיבולת הסוללה של רכב חשמלי הולך וגדל, וצפיפות האנרגיה עולה ויותר; במקביל, יש צורך לפתור את הסתירה של זמן המתנה ארוך מדי לטעינה עבור המשתמשים, והטעינה המהירה והטעינה המהירה ביותר נוצרו.
מבחינת ניהול תרמי, טעינה מהירה בזרם גבוה מביאה לייצור חום גדול יותר וצריכת אנרגיה גבוהה יותר של הסוללה. כאשר טמפרטורת הסוללה גבוהה מדי במהלך הטעינה, הדבר עלול לא רק לגרום לסיכוני בטיחות, אלא גם להוביל לבעיות כגון יעילות מופחתת של הסוללה ודעיכה מואצת של חיי הסוללה. תכנון ה...מערכת ניהול תרמיהוא מבחן קשה.
ניהול תרמי של רכב חשמלי
כוונון נוחות תא הנוסעים
הסביבה התרמית הפנימית של הרכב משפיעה ישירות על נוחות הנוסע. בשילוב עם המודל החושי של גוף האדם, חקר הזרימה והעברת החום בתא הנוסעים הוא אמצעי חשוב לשיפור נוחות הרכב ושיפור ביצועי הרכב. החל מתכנון מבנה המרכב, החל מפתח המיזוג, דרך זכוכית הרכב המושפעת מקרינת אור השמש ועד לתכנון המרכב כולו, בשילוב עם מערכת המיזוג, נלקחת בחשבון ההשפעה על נוחות הנוסעים.
בעת נהיגה ברכב, על המשתמשים לא רק לחוות את תחושת הנהיגה שמביאה הודות להספק החזק של הרכב, אלא שגם נוחות סביבת תא הנוסעים היא חלק חשוב.
בקרת כוונון טמפרטורת הפעלה של סוללת החשמל
שימוש בסוללות ייתקל בבעיות רבות, במיוחד בטמפרטורות גבוהות. סוללות ליתיום יורדות משמעותית בהספק בסביבה עם טמפרטורה נמוכה במיוחד. בסביבה עם טמפרטורה גבוהה, הן נוטות לסיכוני בטיחות. השימוש בסוללות במקרים קיצוניים עלול לגרום נזק לסוללה, ובכך להפחית את ביצועיהן ואת חייה.
המטרה העיקרית של ניהול תרמי היא לגרום לחבילת הסוללה לעבוד תמיד בטווח הטמפרטורות המתאים כדי לשמור על תנאי העבודה הטובים ביותר של חבילת הסוללה. מערכת ניהול התרמי של הסוללה כוללת בעיקר שלוש פונקציות: פיזור חום, חימום מוקדם ואיזון טמפרטורה. פיזור החום והחימום המוקדם מותאמים בעיקר להשפעה האפשרית של טמפרטורת הסביבה החיצונית על הסוללה. איזון טמפרטורה משמש להפחתת הפרש הטמפרטורות בתוך חבילת הסוללה ולמניעת דעיכה מהירה הנגרמת כתוצאה מחימום יתר של חלק מסוים בסוללה.
מערכות ניהול התרמיה של הסוללה המשמשות כיום בכלי רכב חשמליים בשוק מחולקות בעיקר לשתי קטגוריות: מקוררות אוויר וקוררות נוזל.
העיקרון של ה-מערכת ניהול תרמי מקוררת אוויר דומה יותר לעקרון פיזור החום של המחשב, מאוורר קירור מותקן בחלק אחד של חבילת הסוללה, ובקצה השני יש פתח אוורור, אשר מאיץ את זרימת האוויר בין הסוללות באמצעות עבודת המאוורר, כדי להסיר את החום הנפלט מהסוללה כשהיא פועלת.
במילים פשוטות, קירור אוויר פירושו הוספת מאוורר בצד של חבילת הסוללה, וקירור חבילת הסוללה על ידי נשיפה במאוורר, אך הרוח הנושבת על ידי המאוורר תושפע מגורמים חיצוניים, ויעילות קירור האוויר תפחת כאשר הטמפרטורה החיצונית גבוהה יותר. בדיוק כמו שנחיתה במאוורר לא גורמת לקרירות ביום חם. היתרון של קירור אוויר הוא מבנה פשוט ועלות נמוכה.
קירור נוזלי מסיר את החום שנוצר על ידי הסוללה במהלך העבודה דרך נוזל הקירור בצינור נוזל הקירור בתוך חבילת הסוללה כדי להשיג את האפקט של הפחתת טמפרטורת הסוללה. מאפקט השימוש בפועל, למדיום הנוזלי יש מקדם העברת חום גבוה, קיבולת חום גדולה ומהירות קירור מהירה יותר, ו-Xiaopeng G3 משתמש במערכת קירור נוזלית עם יעילות קירור גבוהה יותר.
במילים פשוטות, עקרון קירור הנוזלים הוא לסדר צינור מים בתוך חבילת הסוללה. כאשר טמפרטורת חבילת הסוללה גבוהה מדי, מים קרים נשפכים לתוך צינור המים, והחום נלקח על ידי מים קרים כדי לקרר אותה. אם טמפרטורת חבילת הסוללה נמוכה מדי, יש לחמם אותה.
כאשר הרכב מונע במרץ או נטען במהירות, נוצרת כמות גדולה של חום במהלך הטעינה והפריקה של הסוללה. כאשר טמפרטורת הסוללה גבוהה מדי, הפעל את המדחס, ונוזל הקירור בטמפרטורה נמוכה זורם דרך נוזל הקירור בצינור הקירור של מחליף חום הסוללה. נוזל הקירור בטמפרטורה נמוכה זורם לתוך חבילת הסוללה כדי לסלק את החום, כך שהסוללה יכולה לשמור על טווח טמפרטורות מיטבי, מה שמשפר מאוד את בטיחות ואמינות הסוללה במהלך השימוש ברכב ומקצר את זמן הטעינה.
בחורף קר במיוחד, עקב טמפרטורה נמוכה, פעילותן של סוללות הליתיום מופחתת, ביצועי הסוללה מופחתים באופן משמעותי, והסוללה אינה ניתנת לפריקה בהספק גבוה או לטעינה מהירה. בשלב זה, הפעל את מחמם המים כדי לחמם את נוזל הקירור במעגל הסוללה, ונוזל הקירור בטמפרטורה גבוהה יחמם את הסוללה. זה מבטיח שהרכב יוכל גם ליהנות מיכולת טעינה מהירה וטווח נסיעה ארוך בסביבה בטמפרטורה נמוכה.
בקרה אלקטרונית של הנעה חשמלית ופיזור חום של קירור חלקים חשמליים בעלי הספק גבוה
כלי רכב אנרגיה חדשים השיגו פונקציות חשמול מקיפות, ומערכת החשמל בדלק שונתה למערכת חשמל. סוללת החשמל תפוקה של עדמתח ישר של 370 וולט לספק חשמל, קירור וחימום לרכב, ולספק חשמל לרכיבים חשמליים שונים ברכב. במהלך נהיגה ברכב, רכיבים חשמליים בעלי הספק גבוה (כגון מנועים, זרם ישר לזרימה ישירה, בקרי מנוע וכו') ייצרו חום רב. הטמפרטורה הגבוהה של מכשירי חשמל עלולה לגרום לכשל ברכב, הגבלת הספק ואף לסכנות בטיחותיות. ניהול תרמי של הרכב צריך לפזר את החום שנוצר בזמן כדי להבטיח שהרכיבים החשמליים בעלי ההספק הגבוה של הרכב יהיו בטווח טמפרטורות עבודה בטוח.
מערכת הבקרה האלקטרונית של ההנעה החשמלית G3 מאמצת פיזור חום נוזלי לניהול תרמי. נוזל הקירור בצינור מערכת ההנעה האלקטרונית של המשאבה זורם דרך המנוע והתקני חימום אחרים כדי לסחוב את החום של החלקים החשמליים, ולאחר מכן זורם דרך הרדיאטור בסורג היניקה הקדמי של הרכב, והמאוורר האלקטרוני מופעל כדי לקרר את נוזל הקירור בטמפרטורה גבוהה.
כמה מחשבות על התפתחות עתידית של תעשיית ניהול התרמי
צריכת אנרגיה נמוכה:
על מנת להפחית את צריכת החשמל הגבוהה הנגרמת על ידי מיזוג אוויר, מיזוג אוויר באמצעות משאבות חום זכה בהדרגה לתשומת לב רבה. למרות שלמערכת משאבות חום כללית (המשתמשת ב-R134a כקירור) יש מגבלות מסוימות בסביבה בה נעשה שימוש, כגון טמפרטורה נמוכה במיוחד (מתחת ל-10-).° ג) לא יכול לעבוד, קירור בסביבה בטמפרטורה גבוהה אינו שונה ממזגן אוויר רגיל של רכב חשמלי. עם זאת, ברוב חלקי סין, עונת האביב והסתיו (טמפרטורת הסביבה) יכולה להפחית ביעילות את צריכת האנרגיה של מיזוג האוויר, ויחס יעילות האנרגיה הוא פי 2 עד 3 מזה של תנורי חימום חשמליים.
רעש נמוך:
לאחר שהרכב החשמלי אינו מכיל את מקור הרעש של המנוע, הרעש שנוצר כתוצאה מהפעלת...המדחסוהמאוורר האלקטרוני הקדמי כאשר המזגן מופעל לצורך קירור הוא דבר שקל להתלונן עליו מצד המשתמשים. מוצרי מאווררים אלקטרוניים יעילים ושקטים ומדחסים בעלי נפח גדול מסייעים בהפחתת הרעש הנגרם מהפעולה תוך הגברת קיבולת הקירור.
עלות נמוכה:
שיטות הקירור והחימום של מערכות ניהול תרמי משתמשות בעיקר במערכת קירור נוזלית, ודרישת החום של חימום סוללות וחימום מיזוג אוויר בסביבות טמפרטורה נמוכה גדולה מאוד. הפתרון הנוכחי הוא להגדיל את צריכת החימום החשמלי כדי להגביר את ייצור החום, מה שמביא לעלות חלקים גבוהה וצריכת אנרגיה גבוהה. אם תהיה פריצת דרך בטכנולוגיית הסוללות כדי לפתור או להפחית את דרישות הטמפרטורה הקשות של סוללות, היא תביא לאופטימיזציה רבה בתכנון ובעלות של מערכות ניהול תרמי. ניצול יעיל של חום פסולת שנוצר על ידי המנוע במהלך הפעלת הרכב יסייע גם בהפחתת צריכת האנרגיה של מערכת ניהול תרמי. בתרגום זה, קיבולת הסוללה גדלה, טווח הנסיעה משתפר וצמצום עלות הרכב.
אִינְטֶלִיגֶנְטִי:
רמה גבוהה של חשמול היא מגמת הפיתוח של כלי רכב חשמליים, ומזגנים מסורתיים מוגבלים רק לפונקציות קירור וחימום כדי להתפתח בצורה חכמה. ניתן לשפר עוד יותר את המזגן לתמיכה בביג דאטה בהתבסס על הרגלי הרכב של המשתמש, כגון רכב משפחתי, ניתן להתאים את טמפרטורת המזגן באופן חכם לאנשים שונים לאחר שהם עולים לרכב. הפעל את המזגן לפני היציאה כדי שהטמפרטורה ברכב תגיע לטמפרטורה נוחה. פתח האוויר החשמלי החכם יכול להתאים אוטומטית את כיוון פתח האוויר בהתאם למספר האנשים ברכב, למיקום ולגודל הגוף.
זמן פרסום: 20 באוקטובר 2023