I tradizionali condizionatori a pompa di calore hanno una bassa efficienza di riscaldamento e una capacità di riscaldamento insufficiente in ambienti freddi, il che limita gli scenari applicativi dei veicoli elettrici. Pertanto, sono stati sviluppati e applicati una serie di metodi per migliorare le prestazioni dei condizionatori a pompa di calore in condizioni di bassa temperatura. Aumentando razionalmente il circuito di scambio termico secondario, raffreddando contemporaneamente la batteria di alimentazione e il sistema motore, il calore rimanente viene riciclato per migliorare la capacità di riscaldamento dei veicoli elettrici in condizioni di bassa temperatura. I risultati sperimentali mostrano che la capacità di riscaldamento del condizionatore a pompa di calore con recupero del calore di scarto è significativamente migliorata rispetto al condizionatore a pompa di calore tradizionale. La pompa di calore con recupero del calore di scarto con un grado di accoppiamento più profondo di ciascun sottosistema di gestione termica e il sistema di gestione termica del veicolo con un grado di integrazione più elevato sono utilizzati su Tesla Model Y e Volkswagen ID4. CROZZ e altri modelli sono stati applicati (come mostrato a destra). Tuttavia, quando la temperatura ambiente è più bassa e la quantità di recupero del calore di scarto è inferiore, il recupero del calore di scarto da solo non può soddisfare la domanda di capacità di riscaldamento in ambienti a bassa temperatura e i riscaldatori PTC sono ancora necessari per compensare la carenza di capacità di riscaldamento nei casi sopra menzionati. Tuttavia, con il graduale miglioramento del livello di integrazione della gestione termica del veicolo elettrico, è possibile aumentare la quantità di recupero del calore di scarto aumentando ragionevolmente il calore generato dal motore, aumentando così la capacità di riscaldamento e il COP del sistema della pompa di calore ed evitando l'uso diRiscaldatore del refrigerante PTC/Riscaldatore d'aria PTCRiducendo ulteriormente il tasso di occupazione dello spazio del sistema di gestione termica, soddisfa anche la domanda di riscaldamento dei veicoli elettrici in un ambiente a bassa temperatura. Oltre al recupero e all'utilizzo del calore di scarto delle batterie e dei sistemi motore, l'utilizzo dell'aria di ritorno è anche un modo per ridurre il consumo energetico del sistema di gestione termica in condizioni di bassa temperatura. I risultati della ricerca mostrano che in ambienti a bassa temperatura, misure ragionevoli di utilizzo dell'aria di ritorno possono ridurre la capacità di riscaldamento richiesta dai veicoli elettrici dal 46% al 62%, evitando al contempo l'appannamento e il brinamento dei vetri, e possono ridurre il consumo di energia per il riscaldamento fino al 40%. Denso Japan ha inoltre sviluppato una struttura a doppio strato per l'aria di ritorno/aria fresca, che può ridurre del 30% la perdita di calore causata dalla ventilazione, prevenendo al contempo l'appannamento. In questa fase, l'adattabilità ambientale del sistema di gestione termica dei veicoli elettrici in condizioni estreme sta gradualmente migliorando e si sta sviluppando nella direzione dell'integrazione e dell'ecologizzazione.
Per migliorare ulteriormente l'efficienza della gestione termica della batteria in condizioni di elevata potenza e ridurre la complessità della gestione termica, il metodo di controllo della temperatura della batteria a raffreddamento diretto e riscaldamento diretto, che invia direttamente il refrigerante nel pacco batteria per lo scambio termico, è un'altra soluzione tecnica attuale. La configurazione di gestione termica dello scambio termico diretto tra il pacco batteria e il refrigerante è mostrata nella figura a destra. La tecnologia di raffreddamento diretto può migliorare l'efficienza e la velocità di scambio termico, ottenere una distribuzione più uniforme della temperatura all'interno della batteria, ridurre il circuito secondario e aumentare il recupero del calore di scarto del sistema, migliorando così le prestazioni di controllo della temperatura della batteria. Tuttavia, a causa della tecnologia di scambio termico diretto tra la batteria e il refrigerante, il raffreddamento e il calore devono essere aumentati tramite il funzionamento del sistema a pompa di calore. Da un lato, il controllo della temperatura della batteria è limitato dall'avvio e dall'arresto del sistema di condizionamento a pompa di calore, che ha un certo impatto sulle prestazioni del circuito del refrigerante. Da un lato, limita anche l'uso di fonti di raffreddamento naturali nelle stagioni di transizione, pertanto questa tecnologia necessita ancora di ulteriori ricerche, miglioramenti e valutazioni applicative.
Progressi della ricerca sui componenti chiave
Il sistema di gestione termica del veicolo elettrico (HVCH) è costituito da più componenti, tra cui principalmente compressori elettrici, valvole elettroniche, scambiatori di calore, varie tubazioni e serbatoi di liquido. Tra questi, il compressore, la valvola elettronica e lo scambiatore di calore sono i componenti principali del sistema a pompa di calore. Con il continuo aumento della domanda di veicoli elettrici leggeri e il continuo approfondimento del grado di integrazione del sistema, anche i componenti di gestione termica dei veicoli elettrici si stanno evolvendo verso la leggerezza, l'integrazione e la modularità. Per migliorare l'applicabilità dei veicoli elettrici in condizioni estreme, vengono sviluppati e applicati di conseguenza anche componenti in grado di funzionare normalmente in condizioni estreme e di soddisfare i requisiti prestazionali di gestione termica automobilistica.
Data di pubblicazione: 04-04-2023
