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浅谈纯电动汽车空调和冷却的节能措施

发布时间:2018-07-28      点击次数:2332

1 电池的冷却系统
水冷系统以及空调系统是当前现有电动汽车主要的电池冷却系统,但是这两种方式必须要经过压缩机以及水泵等来实现。为了能够进一步的降低电动汽车冷却系统中的能耗,可采用无动力电池冷却,将热管原理充分利用,在常温的条件中,通过自然驱动冷却的方式促使电池达到冷却效果,从而降低了汽车的冷却水泵工作。
在热管原理的基础下研发出了无动力电池冷却系统,现如今在电信、电力等各种电气机房节能中都可以见到热管技术的身影,在纯电动汽车等领域也逐渐开始使用。其运行原理见图1,其中上升管、蒸发器、上位冷凝器以及下降管等各个方面构成了无动力电池冷却系统,通过高度差以及温度差,降管路中工质的蒸发以及冷凝循环进行了封闭,使其产生动态热力平衡,由驱动力将热量快速并高密度的向外界环境传递,保证了电池的冷却。其具体过程:电池组自身产生热量之后会直接传递到蒸发器中,液态工质在吸收热量后进行蒸发,从而降低了电池组的温度。压力会随着高温气态工质密度的变小而增大,受到冷凝器和蒸发器的压差,工质从上升管当中进入到冷凝器;外部空气可将在上位冷凝器中的气态工质进行冷却,工质冷凝放热;同时由于受到压差以及重力的影响,通过下降管流回到蒸发器当中。通过这种循环的方式使得热量被*的输送到外部环境里。

图1 无动力电池冷却系统原理
2 蓄能式的制冷系统
2.1 蓄冷式冷藏柜
汽车上对于冷藏柜或者冷冻柜以及保险柜的应用相当广泛,常用的技术有三种:一是利用汽车电能以及半导体技术来制冷,但其制冷能力较低,只能小规模应用;二是利用空调系统的压缩机并联管路使冷藏柜的蒸发器工作制冷,但对于电能燃油的消耗较大,会降低车的整体动力性能;三是在空调系统风道的中央通道设计微型冷藏箱,但是冷藏容量小,效果不持久。为了解决这些技术中存在的缺陷,可以尝试一种蓄冷式冷藏柜,在纯电动汽车停驶的过程中,将独立的外接插头连接到电源,通过控制面板打开蓄冷模式,电动压缩机会在220V 电源的驱动下运行,通过制冷循环就能够在停驶期间完成蓄冷式冷藏柜的制冰储冷和空调制冷。通常来说,蓄冷式冷藏柜的位置会设置在后备箱内或者车顶行李架上。
2.2 蓄冷式的空调系统
蓄冷式空调系统是通过在停驶期间进行冰蓄冷,然后行使时蓄冷水箱释放储存冷量的方式,达到制冷要求,降低电动汽车的电能消耗。蓄冷式空调系统新增了蓄冷柜、冰水泵和冰水散热器之类的部件,蓄冷柜一般设置在后排座椅或者仪表台右方位置,设置在后排座椅位置可以满足里程需求的蓄冷水箱体积设计,设置在仪表台右方则可以减小管路阻力损失。
2.3 混合蓄能式的空调系统
混合蓄能式空调系统新增了压缩空气储存系统,其中包含电动空气压缩机、压缩空气储存系统以及空气瓶和电池阀等,可以降低冰蓄冷中冰水循环所需要的电能消耗,以及*消除传统空调系统压缩机产生的电能消耗,这种系统的两种设置方式都会将220V 的交流电动压缩机放置到前舱,地板下方则放置空气瓶,而不和蓄冷水箱的设置位置相同。
3 电动汽车的热管理节能集成方案
热管理节能集成方案是在汽车停驶充电期间,在外接220V 电源的情况下可以驱动电动空气压缩机,然后储存高压压缩空气到空气瓶中,在空气瓶蓄能的过程中,压缩空气会驱动空调系统涡轮式压缩机运行,从而实现空调制冷,且于蓄能水箱里进行冰浆蓄冷。在冰浆蓄冷满足蓄能要求后,制冷工作会停止,待空气瓶储存压缩空气到满足了设定要求时,压缩空气蓄能也会停止。要注意的问题是,车载动力电池的冷却的需求主要由冰蓄冷维持,所以控制策略必须要预留足够的电能满足电池冷却需求。通过利用热管原理、压缩空气储能技术以及冰蓄冷技术,可以实现电动汽车空调系统和冷却系统的无电能消耗。

图2 混合蓄能式空调系统构造图
4 结 语
通过对空调和冷却系统供能方式的改善措施,可以更好的降低纯电动汽车的电能消耗,可以让电动汽车的行使里程突破当前的瓶颈限度,也开启了纯电动汽车寻找新型蓄能技术的路线,对未来的电动汽车研究发展有着一定的推进作用。

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