1.電気自動車の熱管理要件（HVCH)
乗員室は、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は、乗員室の温度管理において、車内環境の温度、湿度、および給気温度を制御する必要があります。さまざまな条件下における乗員室の温度管理要件を表1に示します。
パワーバッテリーの温度制御は、電気自動車の効率的かつ安全な動作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、液漏れや自然発火が発生し、運転の安全性に影響します。温度が低すぎると、バッテリーの充電および放電容量が一定程度低下します。リチウムイオンバッテリーは、エネルギー密度が高く軽量であるため、電気自動車のパワーバッテリーとして最も広く使用されています。表2には、文献に基づいて推定された、さまざまな条件下でのリチウムイオンバッテリーの温度制御要件とバッテリーの熱負荷が示されています。パワーバッテリーのエネルギー密度の漸増、動作環境の温度範囲の拡大、および急速充電速度の増加に伴い、さまざまな道路状況やさまざまな充電および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パワーバッテリーの温度制御の重要性がますます顕著になっています。車両の運転条件下における温度制御負荷の変化、バッテリーパック間の温度場の均一性、熱暴走の防止と制御も、極寒、高温、高湿度地域、暑い夏、寒い冬などの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段階のPTC加熱
電気自動車の工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、その他の動力システムの交換に基づいています。段階的な改良に基づいています。純電気自動車のエアコンと燃料自動車のエアコンはどちらも蒸気圧縮サイクルによって冷凍機能を実現します。両者の違いは、燃料自動車のエアコンコンプレッサーは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コンプレッサーを直接使用して冷凍サイクルを駆動することです。燃料自動車が冬に暖房される場合、エンジンの廃熱は追加の熱源なしで乗員室の暖房に直接使用されます。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する必要のある問題です。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管（PTC冷却ヒーター/PTCエアヒーター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るため、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乗員室の温度管理を実現していました。
2.1 第二段階におけるヒートポンプ技術の応用
実際の使用において、電気自動車は冬季に暖房エネルギー消費の需要が高い。熱力学的な観点から見ると、PTC暖房のCOPは常に1未満であり、PTC暖房の消費電力が高く、エネルギー利用率が低いため、電気自動車の航続距離が著しく制限される。ヒートポンプ技術は蒸気圧縮サイクルを使用して環境中の低品位熱を利用し、暖房時の理論COPは1より大きい。したがって、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伸ばすことができる。パワーバッテリーの容量と出力がさらに向上するにつれて、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る。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ない。そのため、液冷がバッテリー温度制御の主要な方法となっている。さらに、人体が快適に感じる温度はパワーバッテリーが正常に動作する温度と似ているため、乗員室ヒートポンプシステムで熱交換器を並列に接続することで、乗員室とパワーバッテリーの冷却要件を満たすことができる。パワーバッテリーの熱は熱交換器と二次冷却によって間接的に除去され、電気自動車の熱管理システムの統合度が向上した。統合度は向上したものの、現段階の熱管理システムはバッテリーと乗員室の冷却を単純に統合しているだけであり、バッテリーとモーターの廃熱は効果的に利用されていない。
投稿日時：2023年4月4日
