従来のヒートポンプエアコンは、寒冷環境での暖房効率が低く、暖房能力が不十分であるため、電気自動車の適用シナリオが制限されていました。そのため、低温条件下でのヒートポンプエアコンの性能を向上させる一連の方法が開発され、適用されてきました。二次熱交換回路を合理的に増加させることにより、動力バッテリーとモーターシステムを冷却しながら、残りの熱をリサイクルして、低温条件下での電気自動車の暖房能力を向上させます。実験結果によると、廃熱回収ヒートポンプエアコンの暖房能力は、従来のヒートポンプエアコンと比較して大幅に向上しています。各熱管理サブシステムの結合度がより深い廃熱回収ヒートポンプと、統合度が高い車両熱管理システムは、Tesla Model YやVolkswagen ID4、CROZZなどのモデルに適用されています（右図参照）。しかし、周囲温度が低く、廃熱回収量が少ない場合、廃熱回収だけでは低温環境下での暖房能力の需要を満たすことができず、PTCヒーターは依然として暖房能力の不足を補うために必要とされている。しかし、電気自動車の熱管理統合レベルが徐々に向上するにつれて、モーターの発熱を合理的に増加させることで廃熱回収量を増加させ、ヒートポンプシステムの暖房能力とCOPを向上させ、PTCクーラントヒーター/PTCエアヒーター。 熱管理システムのスペース占有率をさらに低減しながら、低温環境下における電気自動車の暖房需要を満たします。 バッテリーやモーターシステムからの廃熱の回収・利用に加え、還気の利用も低温環境下における熱管理システムのエネルギー消費を削減する方法の一つです。 研究結果によると、低温環境では、合理的な還気利用対策により、電気自動車に必要な暖房能力を46～62％削減しながら、窓の曇りや霜の発生を防ぎ、暖房エネルギー消費を最大40％削減できることが示されています。 。 デンソージャパンはまた、対応する還気/外気二重構造を開発しており、換気による熱損失を30％削減しながら曇りを防止できます。 この段階では、極限条件下での電気自動車の熱管理の環境適応性が徐々に向上しており、統合とグリーン化の方向に発展しています。
高出力環境下におけるバッテリーの熱管理効率をさらに向上させ、熱管理の複雑さを軽減するために、冷媒をバッテリーパックに直接送り込み熱交換を行う直接冷却・直接加熱バッテリー温度制御方式も、現在の技術ソリューションの一つです。右図は、バッテリーパックと冷媒との直接熱交換による熱管理構成を示しています。直接冷却技術は、熱交換効率と熱交換率を向上させ、バッテリー内部の温度分布をより均一化し、二次ループを削減し、システムの廃熱回収率を向上させることで、バッテリーの温度制御性能を向上させます。しかし、バッテリーと冷媒との直接熱交換技術では、ヒートポンプシステムの働きによって冷却と加熱を強化する必要があります。一方で、バッテリーの温度制御はヒートポンプ空調システムの起動と停止によって制限され、冷媒ループの性能に一定の影響を与えます。また、季節の変わり目における自然冷却源の利用も制限されるため、この技術はさらなる研究、改良、応用評価が必要です。
主要コンポーネントの研究進捗
電気自動車の熱管理システム（HVCH）は、主に電動コンプレッサー、電子バルブ、熱交換器、各種配管、液体リザーバーなど、複数のコンポーネントで構成されています。その中でも、コンプレッサー、電子バルブ、熱交換器はヒートポンプシステムの中核部品です。軽量電気自動車の需要が高まり、システム統合度が深まるにつれて、電気自動車の熱管理コンポーネントも軽量化、統合化、モジュール化の方向に発展しています。極限条件下での電気自動車の適用性を向上させるため、極限条件下でも正常に動作し、自動車の熱管理性能の要件を満たすコンポーネントも開発され、それに応じて適用されています。
投稿日時: 2023年4月4日
