Từ năm 2014, ngành công nghiệp xe điện đã dần trở nên sôi động. Trong số đó, vấn đề quản lý nhiệt của xe điện cũng dần trở nên nóng bỏng. Bởi vì phạm vi hoạt động của xe điện không chỉ phụ thuộc vào mật độ năng lượng của pin mà còn phụ thuộc vào công nghệ hệ thống quản lý nhiệt của xe. Hệ thống quản lý nhiệt của pin cũng đãkinh nghiệmmột quá trình từ đầu, từ sự bỏ bê đến sự chú ý.
Vì vậy, hôm nay, chúng ta hãy nói vềquản lý nhiệt của xe điệnhọ đang quản lý cái gì?
Điểm giống và khác nhau giữa quản lý nhiệt xe điện và quản lý nhiệt xe truyền thống
Điểm này được đưa ra đầu tiên vì sau khi ngành công nghiệp ô tô bước vào kỷ nguyên năng lượng mới, phạm vi, phương pháp triển khai và các thành phần của quản lý nhiệt đã thay đổi rất nhiều.
Không cần phải nói thêm về kiến trúc quản lý nhiệt của xe nhiên liệu truyền thống ở đây và độc giả chuyên nghiệp đã rất rõ ràng rằng quản lý nhiệt truyền thống chủ yếu bao gồmhệ thống quản lý nhiệt điều hòa không khí và hệ thống quản lý nhiệt của hệ thống truyền động.
Kiến trúc quản lý nhiệt của xe điện dựa trên kiến trúc quản lý nhiệt của xe chạy bằng nhiên liệu, đồng thời bổ sung hệ thống quản lý nhiệt điện tử của động cơ điện và hệ thống quản lý nhiệt pin. Không giống như xe chạy bằng nhiên liệu, xe điện nhạy cảm hơn với sự thay đổi nhiệt độ. Nhiệt độ là yếu tố then chốt quyết định tính an toàn, hiệu suất và tuổi thọ của xe. Quản lý nhiệt là biện pháp cần thiết để duy trì phạm vi nhiệt độ phù hợp và tính đồng nhất. Do đó, hệ thống quản lý nhiệt pin đặc biệt quan trọng, và việc quản lý nhiệt của pin (tản nhiệt/dẫn nhiệt/cách nhiệt) liên quan trực tiếp đến tính an toàn của pin và tính ổn định của nguồn điện sau thời gian dài sử dụng.
Vì vậy, xét về chi tiết, chủ yếu có những khác biệt sau.
Các nguồn nhiệt khác nhau của máy điều hòa không khí
Hệ thống điều hòa không khí của xe tải nhiên liệu truyền thống chủ yếu bao gồm máy nén, bình ngưng, van tiết lưu, bộ bay hơi, đường ống và các bộ phận kháccác thành phần.
Khi làm lạnh, chất làm lạnh (môi chất) được thực hiện bởi máy nén và nhiệt trong xe được loại bỏ để giảm nhiệt độ, đó là nguyên lý của máy lạnh. Bởi vìmáy nén hoạt động cần được dẫn động bởi động cơ, quá trình làm lạnh sẽ làm tăng gánh nặng cho động cơ và đây là lý do tại sao chúng ta nói rằng điều hòa không khí mùa hè tốn nhiều dầu hơn.
Hiện nay, hầu hết hệ thống sưởi ấm bằng nhiên liệu của xe đều sử dụng nhiệt từ nước làm mát động cơ - một lượng lớn nhiệt thải do động cơ tạo ra có thể được sử dụng để làm nóng hệ thống điều hòa. Nước làm mát chảy qua bộ trao đổi nhiệt (còn gọi là bình chứa nước) trong hệ thống không khí ấm, và không khí được quạt gió vận chuyển sẽ trao đổi nhiệt với nước làm mát động cơ, sau đó không khí được làm nóng và đưa vào xe.
Tuy nhiên, trong môi trường lạnh, động cơ cần phải chạy trong thời gian dài để tăng nhiệt độ nước lên mức thích hợp và người dùng phải chịu đựng thời tiết lạnh trong thời gian dài trên xe.
Việc sưởi ấm xe năng lượng mới chủ yếu dựa vào lò sưởi điện, lò sưởi điện có lò sưởi gió và lò sưởi nước. Nguyên lý của lò sưởi không khí tương tự như máy sấy tóc, làm nóng trực tiếp không khí lưu thông qua tấm sưởi, do đó cung cấp không khí nóng cho xe. Ưu điểm của lò sưởi gió là thời gian làm nóng nhanh, tỷ lệ hiệu suất năng lượng cao hơn một chút và nhiệt độ sưởi ấm cao. Nhược điểm là gió sưởi ấm đặc biệt khô, mang lại cảm giác khô cho cơ thể con người. Nguyên lý của lò sưởi nước tương tự như lò sưởi điện, làm nóng chất làm mát thông qua tấm sưởi, và chất làm mát nhiệt độ cao chảy qua lõi không khí ấm và sau đó làm nóng không khí lưu thông để đạt được nhiệt độ sưởi ấm bên trong. Thời gian làm nóng của lò sưởi nước dài hơn một chút so với lò sưởi không khí, nhưng cũng nhanh hơn nhiều so với xe chạy bằng nhiên liệu, và đường ống nước bị mất nhiệt trong môi trường nhiệt độ thấp, do đó hiệu suất năng lượng thấp hơn một chút. Xiaopeng G3 sử dụng lò sưởi nước được đề cập ở trên.
Cho dù là sưởi ấm bằng gió hay sưởi ấm bằng nước, đối với xe điện, cần có pin điện để cung cấp điện và phần lớn điện năng được tiêu thụ ởđiều hòa không khí sưởi ấm trong môi trường nhiệt độ thấp. Điều này làm giảm phạm vi hoạt động của xe điện trong môi trường nhiệt độ thấp.
So sánhđược biên tập với Vấn đề tốc độ làm nóng chậm của xe chạy bằng nhiên liệu trong môi trường nhiệt độ thấp, việc sử dụng hệ thống sưởi điện cho xe điện có thể rút ngắn đáng kể thời gian làm nóng.
Quản lý nhiệt của pin điện
So với quản lý nhiệt động cơ của xe chạy bằng nhiên liệu, yêu cầu quản lý nhiệt của hệ thống điện xe điện nghiêm ngặt hơn.
Vì phạm vi nhiệt độ làm việc tốt nhất của pin rất nhỏ nên nhiệt độ pin thường được yêu cầu nằm trong khoảng từ 15 đến 40° C. Tuy nhiên, nhiệt độ môi trường xung quanh thường được xe sử dụng là -30~40° C, và điều kiện lái xe thực tế của người dùng rất phức tạp. Việc kiểm soát quản lý nhiệt cần xác định và đánh giá hiệu quả điều kiện lái xe và tình trạng pin, đồng thời thực hiện kiểm soát nhiệt độ tối ưu, đồng thời nỗ lực đạt được sự cân bằng giữa mức tiêu thụ năng lượng, hiệu suất xe, hiệu suất pin và sự thoải mái.
Để giảm bớt nỗi lo về phạm vi hoạt động, dung lượng pin của xe điện ngày càng lớn hơn và mật độ năng lượng ngày càng cao hơn; Đồng thời, cần giải quyết mâu thuẫn về thời gian chờ sạc quá lâu của người dùng và sạc nhanh và sạc siêu nhanh đã ra đời.
Về mặt quản lý nhiệt, sạc nhanh dòng điện cao sẽ sinh ra nhiều nhiệt hơn và tiêu thụ nhiều năng lượng hơn cho pin. Nhiệt độ pin quá cao trong quá trình sạc không chỉ gây ra rủi ro về an toàn mà còn dẫn đến các vấn đề như giảm hiệu suất pin và tăng tốc độ suy giảm tuổi thọ pin. Thiết kế củahệ thống quản lý nhiệtlà một bài kiểm tra nghiêm ngặt.
Quản lý nhiệt xe điện
Điều chỉnh sự thoải mái của cabin hành khách
Môi trường nhiệt bên trong xe ảnh hưởng trực tiếp đến sự thoải mái của người ngồi trong xe. Kết hợp với mô hình cảm biến cơ thể người, việc nghiên cứu dòng chảy và truyền nhiệt trong cabin là một phương tiện quan trọng để cải thiện sự thoải mái và hiệu suất của xe. Từ thiết kế kết cấu thân xe, cửa gió điều hòa, kính xe bị ảnh hưởng bởi bức xạ mặt trời và thiết kế toàn bộ thân xe, kết hợp với hệ thống điều hòa không khí, tác động đến sự thoải mái của người ngồi trong xe đều được xem xét.
Khi lái xe, người dùng không chỉ muốn trải nghiệm cảm giác lái xe do công suất mạnh mẽ của xe mang lại mà sự thoải mái của không gian cabin cũng là một phần quan trọng.
Kiểm soát điều chỉnh nhiệt độ hoạt động của pin
Pin trong quá trình sử dụng sẽ gặp phải rất nhiều vấn đề, đặc biệt là nhiệt độ của pin, pin lithium trong môi trường nhiệt độ cực thấp sẽ bị suy giảm công suất nghiêm trọng, trong môi trường nhiệt độ cao dễ xảy ra rủi ro về an toàn, việc sử dụng pin trong những trường hợp cực đoan rất có thể sẽ gây hại cho pin, do đó làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của pin.
Mục đích chính của quản lý nhiệt là đảm bảo bộ pin luôn hoạt động trong phạm vi nhiệt độ phù hợp để duy trì trạng thái hoạt động tốt nhất. Hệ thống quản lý nhiệt của pin chủ yếu bao gồm ba chức năng: tản nhiệt, làm nóng trước và cân bằng nhiệt độ. Tản nhiệt và làm nóng trước chủ yếu được điều chỉnh để phù hợp với tác động có thể có của nhiệt độ môi trường bên ngoài lên pin. Cân bằng nhiệt độ được sử dụng để giảm chênh lệch nhiệt độ bên trong bộ pin và ngăn ngừa sự suy giảm nhanh chóng do quá nhiệt ở một số bộ phận nhất định của pin.
Hệ thống quản lý nhiệt pin được sử dụng trong các loại xe điện hiện có trên thị trường chủ yếu được chia thành hai loại: làm mát bằng không khí và làm mát bằng chất lỏng.
Nguyên tắc củahệ thống quản lý nhiệt làm mát bằng không khí giống với nguyên lý tản nhiệt của máy tính hơn, một quạt làm mát được lắp ở một phần của bộ pin, đầu kia có lỗ thông hơi, giúp tăng tốc luồng không khí giữa các pin thông qua hoạt động của quạt, để lấy đi nhiệt tỏa ra từ pin khi hoạt động.
Nói một cách đơn giản, làm mát bằng không khí là lắp thêm một quạt bên hông bộ pin và làm mát bộ pin bằng cách thổi quạt. Tuy nhiên, luồng gió do quạt thổi sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài, và hiệu quả làm mát bằng không khí sẽ giảm khi nhiệt độ bên ngoài tăng cao. Cũng giống như việc thổi quạt không làm bạn mát hơn vào những ngày nóng nực. Ưu điểm của làm mát bằng không khí là cấu trúc đơn giản và chi phí thấp.
Hệ thống làm mát bằng chất lỏng giúp hấp thụ nhiệt do pin sinh ra trong quá trình hoạt động thông qua chất làm mát trong đường ống dẫn chất làm mát bên trong pin, từ đó đạt được hiệu quả giảm nhiệt độ pin. Từ hiệu quả sử dụng thực tế, môi trường chất lỏng có hệ số truyền nhiệt cao, nhiệt dung lớn và tốc độ làm mát nhanh hơn. Xiaopeng G3 sử dụng hệ thống làm mát bằng chất lỏng với hiệu suất làm mát cao hơn.
Nói một cách đơn giản, nguyên lý làm mát bằng chất lỏng là bố trí một ống nước bên trong bộ pin. Khi nhiệt độ của bộ pin quá cao, nước lạnh sẽ được đổ vào ống nước, nhiệt sẽ được nước lạnh hấp thụ để làm mát. Nếu nhiệt độ bộ pin quá thấp, cần phải làm nóng nó lên.
Khi xe chạy mạnh hoặc sạc nhanh, một lượng nhiệt lớn sẽ được tạo ra trong quá trình sạc và xả ắc quy. Khi nhiệt độ ắc quy quá cao, hãy bật máy nén, môi chất lạnh nhiệt độ thấp sẽ chảy qua ống làm mát của bộ trao đổi nhiệt ắc quy, giúp tản nhiệt, duy trì phạm vi nhiệt độ tốt nhất cho ắc quy, cải thiện đáng kể độ an toàn và độ tin cậy của ắc quy trong quá trình sử dụng xe, đồng thời rút ngắn thời gian sạc.
Vào mùa đông cực lạnh, do nhiệt độ xuống thấp, hoạt động của pin lithium bị giảm, hiệu suất pin giảm đáng kể, pin không thể xả công suất cao hoặc sạc nhanh. Lúc này, hãy bật máy nước nóng để làm nóng chất làm mát trong mạch pin, chất làm mát ở nhiệt độ cao sẽ làm nóng pin. Điều này đảm bảo xe có khả năng sạc nhanh và quãng đường di chuyển dài trong môi trường nhiệt độ thấp.
Điều khiển điện tử truyền động bằng điện và tản nhiệt làm mát các bộ phận điện công suất cao
Xe năng lượng mới đã đạt được chức năng điện khí hóa toàn diện, hệ thống nhiên liệu đã được chuyển đổi thành hệ thống điện. Công suất pin lên tớiĐiện áp DC 370V Cung cấp điện năng, làm mát và sưởi ấm cho xe, đồng thời cung cấp điện cho các bộ phận điện khác nhau trên xe. Trong quá trình vận hành, các bộ phận điện công suất lớn (như động cơ, DCDC, bộ điều khiển động cơ, v.v.) sẽ sinh ra rất nhiều nhiệt. Nhiệt độ cao của các thiết bị điện có thể gây ra hỏng hóc xe, hạn chế công suất và thậm chí gây nguy hiểm cho an toàn. Hệ thống quản lý nhiệt của xe cần phải tản nhiệt kịp thời để đảm bảo các bộ phận điện công suất lớn của xe nằm trong phạm vi nhiệt độ hoạt động an toàn.
Hệ thống điều khiển điện tử truyền động điện G3 sử dụng tản nhiệt bằng chất lỏng để quản lý nhiệt. Chất làm mát trong đường ống dẫn của hệ thống truyền động bơm điện tử chảy qua động cơ và các thiết bị gia nhiệt khác để mang nhiệt của các bộ phận điện đi, sau đó chảy qua bộ tản nhiệt ở lưới tản nhiệt phía trước của xe, và quạt điện tử được bật để làm mát chất làm mát nhiệt độ cao.
Một số suy nghĩ về sự phát triển trong tương lai của ngành quản lý nhiệt
Tiêu thụ năng lượng thấp:
Nhằm giảm thiểu lượng điện năng tiêu thụ lớn do điều hòa không khí gây ra, điều hòa không khí bơm nhiệt đã dần nhận được sự quan tâm lớn. Mặc dù hệ thống bơm nhiệt nói chung (sử dụng môi chất lạnh R134a) có một số hạn chế nhất định về môi trường sử dụng, chẳng hạn như nhiệt độ cực thấp (dưới -10°C)° C) Không thể hoạt động, làm lạnh trong môi trường nhiệt độ cao không khác gì điều hòa không khí thông thường trên xe điện. Tuy nhiên, ở hầu hết các khu vực của Trung Quốc, mùa xuân và mùa thu (nhiệt độ môi trường) có thể giảm hiệu quả mức tiêu thụ năng lượng của điều hòa không khí, và tỷ lệ hiệu suất năng lượng cao gấp 2 đến 3 lần so với máy sưởi điện.
Tiếng ồn thấp:
Sau khi xe điện không còn nguồn tiếng ồn của động cơ, tiếng ồn do hoạt động củamáy nénvà quạt điện tử phía trước khi bật điều hòa để làm lạnh dễ bị người dùng phàn nàn. Sản phẩm quạt điện tử hiệu quả và êm ái cùng máy nén dung tích lớn giúp giảm tiếng ồn khi vận hành, đồng thời tăng khả năng làm mát.
Chi phí thấp:
Các phương pháp làm mát và sưởi ấm của hệ thống quản lý nhiệt chủ yếu sử dụng hệ thống làm mát bằng chất lỏng, và nhu cầu nhiệt của hệ thống sưởi ấm pin và hệ thống sưởi ấm điều hòa không khí trong môi trường nhiệt độ thấp là rất lớn. Giải pháp hiện tại là tăng bộ gia nhiệt điện để tăng sản lượng nhiệt, dẫn đến chi phí linh kiện và mức tiêu thụ năng lượng cao. Nếu có một bước đột phá trong công nghệ pin để giải quyết hoặc giảm yêu cầu nhiệt độ khắc nghiệt của pin, điều này sẽ mang lại sự tối ưu hóa lớn trong thiết kế và chi phí của hệ thống quản lý nhiệt. Việc sử dụng hiệu quả nhiệt thải do động cơ tạo ra trong quá trình vận hành xe cũng sẽ giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng của hệ thống quản lý nhiệt. Điều này đồng nghĩa với việc giảm dung lượng pin, cải thiện phạm vi lái xe và giảm chi phí cho xe.
Thông minh:
Xe điện đang có xu hướng phát triển ở mức độ điện khí hóa cao, trong khi điều hòa không khí truyền thống chỉ giới hạn ở chức năng làm lạnh và sưởi ấm, đang dần được phát triển thành công nghệ thông minh. Hệ thống điều hòa không khí có thể được cải tiến hơn nữa để hỗ trợ dữ liệu lớn dựa trên thói quen sử dụng xe của người dùng. Ví dụ, đối với xe gia đình, nhiệt độ điều hòa có thể được điều chỉnh thông minh cho phù hợp với từng người sau khi lên xe. Hãy bật điều hòa trước khi ra ngoài để nhiệt độ trong xe đạt đến mức dễ chịu. Cửa gió điều hòa điện thông minh có thể tự động điều chỉnh hướng gió theo số lượng người trong xe, vị trí và kích thước cơ thể.
Thời gian đăng: 20-10-2023