Perinteisillä lämpöpumppuilmastointilaitteilla on alhainen lämmitysteho ja riittämätön lämmityskapasiteetti kylmässä ympäristössä, mikä rajoittaa sähköajoneuvojen käyttömahdollisuuksia. Siksi on kehitetty ja sovellettu useita menetelmiä lämpöpumppuilmastointilaitteiden suorituskyvyn parantamiseksi matalissa lämpötiloissa. Lisäämällä järkevästi toissijaista lämmönvaihtopiiriä samalla, kun jäähdytetään akkua ja moottorijärjestelmää, jäljelle jäävä lämpö kierrätetään sähköajoneuvojen lämmityskapasiteetin parantamiseksi matalissa lämpötiloissa. Kokeelliset tulokset osoittavat, että hukkalämmön talteenottopumppuilmastointilaitteen lämmityskapasiteetti on merkittävästi parempi verrattuna perinteisiin lämpöpumppuilmastointilaitteisiin. Tesla Model Y:ssä ja Volkswagen ID4:ssä käytetään hukkalämmön talteenottopumppua, jossa on syvempi kytkentäaste kummankin lämmönhallintajärjestelmän ja korkeamman integraatioasteen omaavan ajoneuvon lämmönhallintajärjestelmän välillä. CROZZia ja muita malleja on sovellettu (kuten oikealla näkyy). Kuitenkin, kun ympäristön lämpötila on alhaisempi ja hukkalämmön talteenoton määrä on pienempi, pelkkä hukkalämmön talteenotto ei yksinään pysty vastaamaan lämmityskapasiteetin kysyntään matalissa lämpötiloissa, ja PTC-lämmittimiä tarvitaan edelleen lämmityskapasiteetin puutteen korvaamiseksi edellä mainituissa tapauksissa. Sähköajoneuvon lämmönhallinnan integrointitason asteittaisen parantumisen myötä on kuitenkin mahdollista lisätä hukkalämmön talteenottoa lisäämällä kohtuullisesti moottorin tuottamaa lämpöä, mikä lisää lämpöpumppujärjestelmän lämmitystehoa ja COP-arvoa ja välttää lämmönsiirtojärjestelmien käyttöä.PTC-jäähdytysnesteen lämmitin/PTC-ilmalämmitinSamalla kun lämmönhallintajärjestelmän tilantarvetta vähennetään entisestään, se vastaa sähköajoneuvojen lämmitystarpeeseen matalassa lämpötilassa. Akkujen ja moottorijärjestelmien hukkalämmön talteenoton ja hyödyntämisen lisäksi paluuilman hyödyntäminen on myös tapa vähentää lämmönhallintajärjestelmän energiankulutusta matalassa lämpötilassa. Tutkimustulokset osoittavat, että matalassa lämpötilassa kohtuulliset paluuilman hyödyntämistoimenpiteet voivat vähentää sähköajoneuvojen tarvitsemaa lämmityskapasiteettia 46–62 % ja samalla estää ikkunoiden huurtumisen ja jäätymisen, ja lämmitysenergiankulutusta jopa 40 %. Denso Japan on myös kehittänyt vastaavan kaksikerroksisen paluuilma-/raitisilmarakenteen, joka voi vähentää ilmanvaihdon aiheuttamaa lämpöhäviötä 30 % ja samalla estää huurtumisen. Tässä vaiheessa sähköajoneuvojen lämmönhallintajärjestelmän ympäristöystävällisyys äärimmäisissä olosuhteissa paranee vähitellen, ja se kehittyy integroinnin ja viherryttämisen suuntaan.
Akun lämmönhallintatehokkuuden parantamiseksi edelleen suuritehoisissa olosuhteissa ja lämmönhallinnan monimutkaisuuden vähentämiseksi suoran jäähdytyksen ja suoran lämmityksen akun lämpötilan säätömenetelmä, jossa kylmäaine lähetetään suoraan akkuun lämmönvaihtoa varten, on myös nykyinen tekninen ratkaisu. Akun ja kylmäaineen välisen suoran lämmönvaihdon lämmönhallintakokoonpano on esitetty oikealla olevassa kuvassa. Suora jäähdytystekniikka voi parantaa lämmönvaihdon tehokkuutta ja lämmönvaihtonopeutta, saada aikaan tasaisemman lämpötilan jakautumisen akun sisällä, vähentää toissijaista silmukkaa ja lisätä järjestelmän hukkalämmön talteenottoa, mikä parantaa akun lämpötilan säätösuorituskykyä. Akun ja kylmäaineen välisen suoran lämmönvaihtotekniikan vuoksi jäähdytystä ja lämpöä on kuitenkin lisättävä lämpöpumppujärjestelmän toiminnan avulla. Toisaalta akun lämpötilan säätöä rajoittaa lämpöpumpun ilmastointijärjestelmän käynnistys ja pysäytys, jolla on tietty vaikutus kylmäainekierron suorituskykyyn. Toisaalta se myös rajoittaa luonnollisten jäähdytyslähteiden käyttöä siirtymäkausina, joten tämä tekniikka vaatii vielä lisätutkimusta, -parannuksia ja -arviointia.
Keskeisten komponenttien tutkimuksen edistyminen
Sähköajoneuvon lämmönhallintajärjestelmä (HVCH) koostuu useista komponenteista, pääasiassa sähkökompressoreista, elektronisista venttiileistä, lämmönvaihtimista, erilaisista putkistoista ja nestesäiliöistä. Näistä kompressori, elektroninen venttiili ja lämmönvaihdin ovat lämpöpumppujärjestelmän ydinosia. Kevyiden sähköajoneuvojen kysynnän kasvaessa ja järjestelmäintegraation asteen syventyessä myös sähköajoneuvojen lämmönhallintakomponentit kehittyvät kevyiden, integroitujen ja modulaaristen ominaisuuksien suuntaan. Sähköajoneuvojen sovellettavuuden parantamiseksi äärimmäisissä olosuhteissa kehitetään ja sovelletaan myös komponentteja, jotka voivat toimia normaalisti äärimmäisissä olosuhteissa ja täyttävät autojen lämmönhallintakyvyn vaatimukset.
Julkaisun aika: 04.04.2023
