Yleiskatsaus sähköajoneuvojen voimansiirtojärjestelmien lämmönhallintaan

Auton sähköjärjestelmän lämmönhallinta jaetaan perinteisen polttoainekäyttöisen ajoneuvon sähköjärjestelmän lämmönhallintaan ja uuden energiakäyttöisen ajoneuvon sähköjärjestelmän lämmönhallintaan. Nykyään perinteisen polttoainekäyttöisen ajoneuvon sähköjärjestelmän lämmönhallinta on erittäin kypsää. Perinteistä polttoainekäyttöistä ajoneuvoa käyttää moottori, joten moottorin lämmönhallinta on perinteisen autoteollisuuden lämmönhallintajärjestelmän keskipiste. Moottorin lämmönhallintaan kuuluu pääasiassa moottorin jäähdytysjärjestelmä. Yli 30 % auton järjestelmän lämmöstä on vapautettava moottorin jäähdytyspiirin kautta, jotta moottori ei ylikuumene suuren kuormituksen aikana. Moottorin jäähdytysnestettä käytetään ohjaamon lämmittämiseen.

Perinteisten polttoaineajoneuvojen voimalaitos koostuu perinteisten polttoaineajoneuvojen moottoreista ja vaihteistoista, kun taas uudet energialähteet koostuvat akuista, moottorista ja elektronisista ohjaimista. Näiden kahden lämmönhallintamenetelmät ovat muuttuneet suuresti. Uusien energialähteiden akkujen normaali käyttölämpötila-alue on 25–40 ℃. Siksi akun lämmönhallinta edellyttää sekä sen pitämistä lämpimänä että sen johtamista. Samanaikaisesti moottorin lämpötilan ei tulisi olla liian korkea. Jos moottorin lämpötila on liian korkea, se vaikuttaa moottorin käyttöikään. Siksi moottorin on myös toteutettava tarvittavat lämmönpoistotoimenpiteet käytön aikana. Seuraavassa on johdanto akun lämmönhallintajärjestelmään sekä moottorin elektronisen ohjauksen ja muiden komponenttien lämmönhallintajärjestelmään.

Akun lämmönhallintajärjestelmä

Akun lämmönhallintajärjestelmä jaetaan pääasiassa ilmajäähdytykseen, nestejäähdytykseen, faasimuutosmateriaalijäähdytykseen ja lämpöputkijäähdytykseen, jotka perustuvat erilaisiin jäähdytysväliaineisiin. Eri jäähdytysmenetelmien periaatteet ja järjestelmärakenteet ovat melko erilaisia.

1) Akun ilmajäähdytys: akku ja ulkoilma johtavat konvektiiviseen lämmönvaihtoon ilmavirran kautta. Ilmajäähdytys jaetaan yleensä luonnolliseen jäähdytykseen ja pakotettuun jäähdytykseen. Luonnollisessa jäähdytyksessä ulkoilma jäähdyttää akkupakettia auton käydessä. Pakotetussa ilmajäähdytyksessä akkupakettia vasten asennetaan puhallin pakotettua jäähdytystä varten. Ilmajäähdytyksen etuja ovat edullisuus ja helppo kaupallinen soveltaminen. Haittoja ovat alhainen lämmönhukkatehokkuus, suuri tilantarve ja vakavat meluongelmat.PTC-ilmalämmitin)

2) Akun nestejäähdytys: akun lämpö siirtyy pois nesteen virtauksen mukana. Koska nesteen ominaislämpökapasiteetti on suurempi kuin ilman, nestejäähdytyksen jäähdytysvaikutus on parempi kuin ilmajäähdytyksen, ja jäähdytysnopeus on myös nopeampi kuin ilmajäähdytyksen, ja akun lämpötilan jakautuminen lämmön haihtumisen jälkeen on suhteellisen tasainen. Siksi nestejäähdytystä käytetään laajalti myös kaupallisesti.PTC-jäähdytysnesteen lämmitin)

3) Faasimuutosmateriaalien jäähdytys: Faasimuutosmateriaaleihin (PhaseChangeMaterial, PCM) kuuluvat parafiini, hydratoidut suolat, rasvahapot jne., jotka voivat absorboida tai vapauttaa suuren määrän latenttia lämpöä faasimuutoksen tapahtuessa, samalla kun niiden oma lämpötila pysyy muuttumattomana. Siksi PCM:llä on suuri lämpöenergian varastointikapasiteetti ilman lisäenergiankulutusta, ja sitä käytetään laajalti elektronisten tuotteiden, kuten matkapuhelimien, akkujen jäähdytyksessä. Autoakkujen käyttö on kuitenkin vielä tutkimusvaiheessa. Faasimuutosmateriaaleilla on heikko lämmönjohtavuusongelma, joka aiheuttaa akun kanssa kosketuksissa olevan PCM:n pinnan sulamisen, kun taas muut osat eivät sula. Tämä heikentää järjestelmän lämmönsiirtokykyä eikä sovellu suurikokoisille akuille. Jos nämä ongelmat voidaan ratkaista, PCM-jäähdytyksestä tulee potentiaalisin kehitysratkaisu uusien energianlähteiden ajoneuvojen lämmönhallintaan.

4) Lämpöputkijäähdytys: Lämpöputki on faasimuutoslämmönsiirtoon perustuva laite. Lämpöputki on suljettu säiliö tai putki, joka on täytetty kylläisellä työväliaineella/nesteellä (vesi, etyleeniglykoli tai asetoni jne.). Lämpöputken toinen osa on haihdutuspää ja toinen pää on lauhdutuspää. Se voi paitsi absorboida akkuyksikön lämpöä myös lämmittää akkuyksikköä. Se on tällä hetkellä ihanteellisin akkujen lämmönhallintajärjestelmä. Sitä tutkitaan kuitenkin vielä.

5) Kylmäaineen suora jäähdytys: Suora jäähdytys on tapa hyödyntää R134a-kylmäaineen ja muiden kylmäaineiden periaatetta lämmön haihduttamiseen ja absorbointiin sekä asentaa ilmastointijärjestelmän höyrystin akkukoteloon akun nopeaa jäähdyttämistä varten. Suora jäähdytysjärjestelmällä on korkea jäähdytystehokkuus ja suuri jäähdytyskapasiteetti.