1.電気自動車の熱管理要件(HVCH)
車室は、車両走行中に運転者が生活する環境空間です。運転者に快適な運転環境を提供するために、車室の熱管理は車内環境の温度、湿度、給気温度を制御する必要があります。異なる条件下における車室の熱管理要件は表1に示されています。
動力電池の温度制御は、電気自動車の効率的で安全な運行を確保するための重要な前提条件です。温度が高すぎると液漏れや自然発火を引き起こし、運転の安全性に影響を与えます。温度が低すぎると、バッテリーの充放電容量がある程度減衰します。リチウム電池はエネルギー密度が高く軽量であるため、電気自動車に最も広く使用されている動力電池となっています。文献に基づいて推定されたリチウム電池の温度制御要件とさまざまな条件下での電池の熱負荷を表2に示します。動力電池のエネルギー密度の漸進的な増加、動作環境の温度範囲の拡大、および急速充電速度の向上に伴い、さまざまな道路状況やさまざまな充放電モードに対応するだけでなく、熱管理システムにおける動力電池の温度制御の重要性が高まっています。車両の動作条件下では温度制御負荷が変化し、バッテリーパック間の温度場の均一性と熱暴走の防止と制御も、極寒、高温多湿の地域、暑い夏と寒い冬の地域など、さまざまな環境条件下でのすべての温度制御要件を満たす必要があります。
2. 第1段階PTC加熱
電気自動車の産業化の初期段階では、コア技術は基本的にバッテリー、モーター、その他の電力システムの置き換えに基づいています。段階的な改善に基づいています。純電気自動車のエアコンと燃料車のエアコンはどちらも蒸気圧縮サイクルを通じて冷凍機能を実現します。両者の違いは、燃料車のエアコンコンプレッサーがベルトを介してエンジンによって間接的に駆動されるのに対し、純電気自動車は電動駆動コンプレッサーを使用して冷凍を直接駆動することです。サイクル。燃料車の暖房は、冬にエンジンの廃熱を直接利用して車室を暖房するため、追加の熱源は必要ありません。しかし、純電気自動車のモーターの廃熱は、冬の暖房のニーズを満たすことができません。したがって、冬の暖房は純電気自動車が解決しなければならない問題です。。正温度係数ヒーター（正温度係数、PTC）は、PTCセラミック発熱体とアルミニウムチューブ（PTCクーラントヒーター/PTCエアヒーター）は、熱抵抗が小さく、熱伝達効率が高いという利点があり、燃料車の車体ベースに使用されています。そのため、初期の電気自動車では、蒸気圧縮冷凍サイクル冷凍とPTC加熱を組み合わせて、車室内の熱管理を実現していました。
2.1 第2段階におけるヒートポンプ技術の応用
実際の運用において、電気自動車は冬季の暖房エネルギー消費量が非常に高いことが知られています。熱力学的観点から見ると、PTC加熱のCOPは常に1未満であるため、PTC加熱の消費電力は高く、エネルギー利用率が低く、電気自動車の燃費を著しく制限します。ヒートポンプ技術は、蒸気圧縮サイクルを利用して環境中の低品位熱を利用し、暖房時の理論上のCOPは1を超えています。そのため、PTCの代わりにヒートポンプシステムを使用することで、暖房条件下での電気自動車の航続距離を延ばすことができます。パワーバッテリーの容量と出力のさらなる向上に伴い、パワーバッテリーの動作中の熱負荷も徐々に増加しています。従来の空冷構造では、パワーバッテリーの温度制御要件を満たすことができません。そのため、液冷がバッテリー温度制御の主な方法となっています。さらに、人体が必要とする快適な温度は、パワーバッテリーが正常に動作する温度とほぼ同じであるため、車室ヒートポンプシステム内で熱交換器を並列に接続することで、車室とパワーバッテリーの冷却要件を満たすことができます。動力電池の熱は熱交換器と二次冷却によって間接的に奪われ、電気自動車の熱管理システムの集積度は向上しました。しかし、集積度は向上したものの、現段階の熱管理システムは電池と車室の冷却を単純に統合しているだけで、電池とモーターの廃熱を有効に活用できていません。
投稿日時: 2023年4月4日
