Dezvoltarea HVAC pentru automobile sub tendința electrificării
Sub valul de electrificare și inteligență a vehiculelor, vehiculele electrice s-au dezvoltat rapid. Vânzările de vehicule electrice au crescut rapid în ultimii ani, dar „anxietatea de gamă” și „anxietatea de siguranță” sunt încă tulburate de mulți consumatori. Problema intervalului de croazieră este deosebit de evidentă la temperaturi scăzute. Când un vehicul electric este condus la temperaturi scăzute, capacitatea de croazieră a vehiculului poate fi redusă cu mai mult de 40% din cauza utilizării încălzitorului de aer condiționat și a performanței reduse a bateriei. Din punct de vedere al siguranței, bateria și managementul termic al aparatelor electrice din mașină sunt, de asemenea, deosebit de importante. Aceste probleme necesită un sistem de management termic al autovehiculelor de performanță mai mare pentru a fi rezolvate. Mai simplu spus, sistemul de management termic al autovehiculelor include în principal părți conexe, cum ar fi HVAC, managementul termic al bateriei, controlul electronic al motorului și managementul termic al aparatelor electrice de mare putere.
Printre acestea, HVAC al vehiculului (încălzire, ventilație și aer condiționat, HVAC) se referă la sistemul sau echipamentele aferente responsabile de încălzire, ventilație și aer condiționat din vehicul. Mai exact, HVAC este împărțit în principal în componente aferente, cum ar fi dispozitive de refrigerare, dispozitive de încălzire și interfață om-mașină (HMI).
În continuare, vom analiza dispozitivul de refrigerare, dispozitivul de încălzire și respectiv HMI în HVAC și ne vom concentra pe soluțiile tehnice și tendințele de dezvoltare ale HVAC pentru vehicule electrice.
1. Aparat frigorific
Dispozitivul de refrigerare al HVAC auto este similar cu aparatul nostru de aer condiționat obișnuit, care utilizează ciclul de stare de compresie, condensare, expansiune și evaporare a agentului frigorific pentru a obține controlul temperaturii. Transferul de căldură are loc în primul rând prin modificări ale stării agentului frigorific. Principalele componente ale unei unități frigorifice responsabile de funcțiile de mai sus sunt compresorul, condensatorul, supapa de expansiune, recipientul/uscătorul și evaporatorul.
După cum se arată în figură, agentul frigorific lichid absoarbe căldură din habitaclu și se evaporă în stare gazoasă în evaporator. Vaporii sunt apoi extrași din evaporator de un compresor, care comprimă vaporii pentru a-și crește presiunea. Aburul de înaltă presiune și temperatură ridicată generat de compresor este apoi răcit de aerul exterior din condensator și condensat în lichid de înaltă presiune. Lichidul se dilată și se decomprimă în supapa de expansiune înainte de a intra în evaporator. Procesul de mai sus constituie un ciclu continuu. Procesul de evaporare absoarbe căldura din aerul din jur pentru a obține un efect de răcire, iar aerul rece este suflat în habitaclu printr-un ventilator.
2. Dispozitiv de încălzire
Pentru vehiculele cu motor cu ardere internă, este mai ușor să încălziți vehiculul decât să-l răciți. Eficiența de conversie a motorului cu ardere internă este scăzută (aproximativ 30%) și generează mai multă căldură în timpul funcționării. Această căldură curge în miezul încălzitorului prin lichidul de răcire, iar apoi printr-un control simplu, aerul cald controlabil poate fi suflat în cabină printr-un ventilator. , menținând constantă temperatura cabinei. Procesul este foarte economic și simplu și poate fi efectuat atâta timp cât motorul cu ardere internă funcționează. Nu necesită combustibil suplimentar și nu va crește consumul de combustibil. Dar pentru vehiculele electrice, încălzirea este o operațiune relativ complicată. În prezent, cele mai populare soluții de încălzire sunt PTC și pompele de căldură.
PTC (Positive Temperature Coefficient, Positive Temperature Coefficient Resistor) este un rezistor semiconductor tipic cu sensibilitate pozitivă la temperatură. Când este alimentat, va genera căldură, care poate fi folosită pentru încălzirea aerului condiționat. Când PTC este pornit pentru prima dată, rezistența sa va prezenta o tendință de scădere lent pe măsură ce temperatura crește, adică puterea calorică la temperatura camerei este scăzută; când temperatura depășește temperatura Curie, valoarea rezistenței acesteia va scădea odată cu temperatura. Creșterea este o creștere treptată, iar performanța reală este aceea că nu mai funcționează automat. Ca element PTC pentru încălzire, caracteristica sa automată de temperatură constantă poate elimina necesitatea unui circuit complex de control al temperaturii. În vehiculele electrice, PTC este alimentat direct de acumulatorul de înaltă tensiune, iar apoi starea sa de încălzire este controlată de un simplu comutator PWM pentru a obține un sistem de încălzire foarte simplu și fiabil.
Deși PTC are caracteristicile unei structuri simple, materiale durabile și efect de încălzire bun, structura sistemului de a fi alimentat direct de un pachet de baterii de înaltă tensiune face ca procesul de încălzire să afecteze gama de croazieră a vehiculelor electrice. Cercetările arată că utilizarea PTC va reduce durata de viață a bateriei vehiculelor electrice cu aproximativ 24%.
O altă soluție este o pompă de căldură. Ca tip de element rezistiv, limita COP (Coeficient de performanță, eficiență de încălzire) al PTC este de 100%, adică energia electrică poate fi convertită cel mult în aceeași cantitate de energie termică, în timp ce o pompă de căldură poate fi la fel de ridicat până la 300%. Principiul unei pompe de căldură este similar cu cel al unui aparat de aer condiționat de uz casnic. Agentul frigorific curge bidirecțional în evaporatorul și condensatorul aparatului de aer condiționat printr-o supapă cu patru căi, transferând energia termică de la o sursă de căldură de nivel scăzut la o sursă de căldură de nivel înalt, obținând astfel efectul de încălzire sau răcire. Acest „transfer de căldură” În comparație cu modul PTC, procesul care nu „generează căldură” poate economisi în mod semnificativ energia electrică, extinzând astfel efectiv raza de croazieră a vehiculelor electrice și devenind o tendință importantă de aplicare a HVAC pentru vehiculele electrice.
3. HMI
Dacă motorul face mașina să se miște, dă viață mașinii și este portbagajul mașinii, atunci HMI-ul oferă mașinii înțelepciune și gândire și este sufletul mașinii. Prin urmare, soluțiile de sisteme HMI au fost întotdeauna apreciate de OEM-urile de automobile. OEM-urile trebuie să ofere șoferilor și pasagerilor experiențe de navigare și divertisment sigure, flexibile și confortabile. În același timp, acesta este și un factor important în modelarea diferențierii produselor. În ultimii ani, odată cu electrificarea automobilelor și impulsul marilor producători de automobile noi, HMI s-a dezvoltat treptat către centralizare, ecranizare și inteligență, similar dezvoltării smartphone-urilor. De multe ori HVAC nu mai are o interfață HMI complet independentă, ci este partajată cu alte funcții.
