I tradizionali condizionatori d'aria a pompa di calore presentano una bassa efficienza di riscaldamento e una capacità di riscaldamento insufficiente in ambienti freddi, il che limita gli scenari di applicazione dei veicoli elettrici. Pertanto, sono stati sviluppati e applicati una serie di metodi per migliorare le prestazioni dei condizionatori d'aria a pompa di calore in condizioni di bassa temperatura. Aumentando razionalmente il circuito di scambio termico secondario, durante il raffreddamento della batteria e del sistema motore, il calore residuo 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 d'aria a pompa di calore con recupero di calore di scarto è significativamente migliorata rispetto al tradizionale condizionatore d'aria a pompa di calore. La pompa di calore con recupero di calore di scarto, con un grado di accoppiamento più profondo di ciascun sottosistema di gestione termica e un sistema di gestione termica del veicolo con un grado di integrazione più elevato, è utilizzata in Tesla Model Y e Volkswagen ID.4 CROZZ e altri modelli (come mostrato a destra). Tuttavia, quando la temperatura ambiente è più bassa e la quantità di calore di scarto recuperato è minore, il solo recupero di calore di scarto non è sufficiente a soddisfare la richiesta di capacità di riscaldamento in ambienti a bassa temperatura, e in questi casi è ancora necessario utilizzare i riscaldatori PTC per compensare la carenza di capacità di riscaldamento. 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 liquido di raffreddamento PTC/Riscaldatore ad aria PTCRiducendo ulteriormente l'ingombro del sistema di gestione termica, questo sistema soddisfa il fabbisogno di riscaldamento dei veicoli elettrici in ambienti a bassa temperatura. Oltre al recupero e all'utilizzo del calore di scarto proveniente da batterie e motori, l'impiego dell'aria di ricircolo contribuisce a ridurre il consumo energetico del sistema di gestione termica in condizioni di bassa temperatura. I risultati della ricerca dimostrano che, in ambienti a bassa temperatura, un utilizzo razionale dell'aria di ricircolo può ridurre la capacità di riscaldamento richiesta dai veicoli elettrici dal 46% al 62%, evitando al contempo l'appannamento e la formazione di brina sui finestrini, e può ridurre il consumo energetico per il riscaldamento fino al 40%. Denso Japan ha inoltre sviluppato una struttura a doppio strato aria di ricircolo/aria esterna, in grado di ridurre del 30% la dispersione di calore dovuta alla ventilazione, prevenendo al contempo l'appannamento. In questa fase, l'adattabilità ambientale della gestione termica dei veicoli elettrici in condizioni estreme sta gradualmente migliorando, evolvendosi verso un'integrazione e una sostenibilità ambientale.
Al fine di migliorare ulteriormente l'efficienza della gestione termica della batteria in condizioni di elevata potenza e di ridurre la complessità del sistema, un'altra soluzione tecnica attualmente in uso è il metodo di controllo della temperatura della batteria tramite raffreddamento e riscaldamento diretti, che prevede l'invio diretto del refrigerante al pacco batterie per lo scambio termico. La configurazione di gestione termica con scambio termico diretto tra il pacco batterie e il refrigerante è illustrata nella figura a destra. La tecnologia di raffreddamento diretto può migliorare l'efficienza e la velocità di scambio termico, ottenere una distribuzione della temperatura più uniforme 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 riscaldamento devono essere integrati 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 climatizzazione a pompa di calore, il che ha un certo impatto sulle prestazioni del circuito del refrigerante. Dall'altro lato, limita anche l'utilizzo di fonti di raffreddamento naturali durante le stagioni intermedie; 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(HVCHUn sistema a pompa di calore è costituito da molteplici componenti, tra cui principalmente compressori elettrici, valvole elettroniche, scambiatori di calore, diverse tubazioni e serbatoi di liquido. Tra questi, il compressore, la valvola elettronica e lo scambiatore di calore sono i componenti principali del sistema. Con l'aumento della domanda di veicoli elettrici leggeri e il progressivo approfondimento del grado di integrazione dei sistemi, anche i componenti per la gestione termica dei veicoli elettrici si stanno evolvendo verso soluzioni più leggere, integrate e modulari. Al fine di migliorare l'applicabilità dei veicoli elettrici in condizioni estreme, si stanno sviluppando e applicando componenti in grado di funzionare correttamente anche in tali condizioni e di soddisfare i requisiti prestazionali per la gestione termica in ambito automobilistico.
Data di pubblicazione: 4 aprile 2023
