نشر الوقت: 2023-05-16 المنشأ: محرر الموقع
يستخدم تشغيل السيارات الكهربائية النقية الكهرباء كطاقة ، ويتم تشغيل السيارة بنظام الدفع الكهربائي.يختلف نظام الإدارة الحرارية لمركبات الطاقة الجديدة اختلافًا كبيرًا عن نظام مركبات الوقود التقليدية.في مركبات الطاقة الجديدة ، تولد البطاريات والمحركات الحرارة أثناء العمل ، بينما في مركبات الوقود التقليدية ، يولد المحرك الحرارة.يتطلب نظام الإدارة الحرارية لمركبات الطاقة الجديدة تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة ، وبشكل أساسي درجة حرارة المقصورة ودرجة حرارة البطارية ودرجة حرارة مجموعة نقل الحركة.لذلك، نظام الإدارة الحرارية لمركبات الطاقة الجديدة سيكون أكثر تعقيدًا.بالنسبة لمركبات الطاقة الجديدة ، يعد حل التناقض بين نطاق الانطلاق وراحة الركوب لمركبات الطاقة الجديدة مشكلة ملحة تحتاج مركبات الطاقة الجديدة إلى حلها.
نظام تكييف الهواء هو مفتاح الإدارة الحرارية للسيارة.يريد كل من السائق والركاب السعي وراء راحة السيارة.تتمثل الوظيفة المهمة لمكيف هواء السيارة في جعل مقصورة الركاب تحقق بيئة قيادة وركوب مريحة من خلال ضبط درجة الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح في مقصورة ركاب السيارة.مبدأ مكيف السيارة السائد هو تبريد أو تسخين درجة الحرارة داخل السيارة من خلال المبدأ الفيزيائي الحراري لامتصاص الحرارة التبخرية وإطلاق حرارة التكثيف.عندما تكون درجة الحرارة الخارجية منخفضة ، يمكن توصيل الهواء الساخن إلى المقصورة حتى لا يشعر السائق والركاب بالبرودة.إن القدرة على توصيل هواء بدرجة حرارة منخفضة إلى المقصورة عندما تكون درجة الحرارة الخارجية عالية تجعل السائق والركاب يشعرون بالبرودة.لذلك يلعب مكيف السيارة دورًا مهمًا جدًا في التكييف في السيارة وراحة الركاب.
تتكون مكيفات هواء المركبات التي تعمل بالوقود التقليدي بشكل أساسي من أربعة مكونات: المبخر ، والمكثف ، والضاغط ، وصمام التمدد.
الضاغط هو جهاز طاقة يمكنه ضغط المبرد الغازي ذي درجة الحرارة المنخفضة والضغط المنخفض إلى مبرد غازي عالي الضغط وعالي الحرارة.يتم تثبيت الضواغط بشكل عام على المحرك في مركبات الوقود ، ويتم تشغيل الضاغط بواسطة المحرك للعمل.
المبخر هو جهاز تبادل حراري مركب في قمرة القيادة.مبدأ عمل المبخر هو استخدام التبخر لامتصاص الحرارة لتبريد.عندما يمر المبرد السائل ذو درجة الحرارة المنخفضة والضغط المنخفض عبر المبخر ، يتبخر المبرد السائل ويمتص الحرارة في الحجرة ، وبالتالي تبريد المقصورة بسرعة.
المكثف هو أيضًا جهاز تبادل حراري ويتم تثبيته خارج المقصورة.مبدأ عمل المكثف هو التسخين عن طريق تكثيف وامتصاص الحرارة.عندما يمر المبرد الغازي ذو درجة الحرارة العالية والضغط العالي عبر المكثف ، يتم إطلاق الحرارة إلى الهواء الخارجي من خلال التبريد القسري بواسطة المروحة ، بحيث يتحول المبرد الغازي ذو درجة الحرارة العالية والضغط العالي إلى درجة حرارة متوسطة ومبرد سائل عالي الضغط.
صمام التمدد هو جهاز يوسع سائل درجة الحرارة المتوسطة والضغط العالي إلى سائل ذو درجة حرارة منخفضة وضغط منخفض.يتم تثبيت صمام التمدد بشكل عام عند مدخل المبخر ، ويقوم بتوسيع المبرد السائل ذي درجة الحرارة المتوسطة والضغط العالي إلى سائل تبريد منخفض الحرارة ومنخفض الضغط ، بحيث يدخل المبرد إلى المبخر لامتصاص الحرارة في مقصورة السيارة.
يتكون تكييف هواء السيارات من نظام تبريد ونظام تدفئة ونظام تهوية.تشكل هذه الأنظمة الثلاثة تجميع مكيف هواء السيارة.مبدأ تبريد مركبة الوقود التقليدي هو أربع خطوات للضغط ، التكثيف ، التمدد ، والتبخر ، كما هو مبين في الشكل 1. بتكرار هذه الخطوات الأربع ، يمكن ضمان تشغيل نظام التبريد.ثم يستمر المبخر في تبريد المقصورة.
مبدأ تسخين السيارة بالوقود التقليدي هو استخدام الحرارة الضائعة لمحرك السيارة لتسخين مقصورة السيارة.أولاً ، يدخل ماء التبريد مع درجة حرارة أعلى يخرج من سترة ماء تبريد المحرك إلى قلب الهواء الدافئ.يتم نفخ الهواء البارد عبر قلب المدفأة بواسطة مروحة.يمكن بعد ذلك نفخ الهواء الساخن في المقصورة لتدفئة المقصورة أو إذابة الصقيع عن النوافذ.تعود مياه التبريد إلى المحرك بعد ترك السخان ، لتكمل دورة.
تختلف أجهزة القيادة لمركبات الطاقة الجديدة ومركبات الوقود التقليدية.يتم تشغيل ضاغط تكييف الهواء لمركبة الوقود بواسطة المحرك ، بينما يتم تشغيل ضاغط تكييف الهواء لمركبة الطاقة الجديدة بواسطة محرك.لذلك ، لا يمكن تشغيل ضاغط تكييف الهواء في مركبة الطاقة الجديدة بواسطة المحرك ، ولكن يتم استخدام ضاغط كهربائي لضغط المبرد.المبدأ الأساسي لمركبات الطاقة الجديدة هو نفس مبدأ مركبات الوقود التقليدية ، باستخدام التكثيف لإطلاق الحرارة والتبخر لامتصاص الحرارة لتبريد مقصورة الركاب.إنه مجرد تغيير الضاغط إلى ضاغط كهربائي.في الوقت الحاضر ، يتم استخدام الضاغط اللولبي بشكل أساسي لضغط المبرد.
يختلف وضع التدفئة لمركبات الطاقة الجديدة تمامًا عن وضع مركبات الوقود التقليدية.يتمثل وضع التسخين لمركبات الوقود التقليدية في نقل الحرارة المفقودة للمحرك إلى الحجرة من خلال المبرد لتسخين المقصورة.لا تحتوي سيارات الطاقة الجديدة على محرك ، لذلك لا توجد عملية للمحرك لتسخين المقصورة.تستخدم أوضاع التدفئة الأخرى لتسخين المقصورة.وترد أدناه العديد من طرق تسخين تكييف الهواء للسيارة التي تعمل بالطاقة الجديدة.
يتكون سخان أشباه الموصلات من عناصر ومحطات شبه موصلة لأداء وظائف التبريد والتدفئة.المزدوجة الحرارية في هذا النظام هي المكون الأساسي للتبريد والتدفئة ، وهيكلها موضحة في الشكل 2. قم بتوصيل جهازي أشباه الموصلات لتشكيل مزدوج حراري.بعد توصيل التيار المباشر ، سيتم توليد فرق الحرارة ودرجة الحرارة في الواجهة لتسخين الجزء الداخلي من المقصورة.الميزة الرئيسية لتسخين أشباه الموصلات هي أنه يمكن تسخين المقصورة بسرعة.عيبه الرئيسي هو أن تسخين أشباه الموصلات يستهلك الكثير من الكهرباء.بالنسبة لمركبات الطاقة الجديدة التي تحتاج إلى متابعة الأميال ، فإن عيوبها قاتلة.لذلك ، لا يمكنها تلبية متطلبات مركبات الطاقة الجديدة لتوفير الطاقة لمكيفات الهواء.من الضروري أيضًا أن يقوم الأشخاص بإجراء أبحاث حول طرق تسخين أشباه الموصلات وتصميم طريقة تسخين بأشباه الموصلات فعالة وموفرة للطاقة.
المكون الرئيسي لـ PTC هو الثرمستور.التسخين بواسطة سلك التسخين الكهربائي هو جهاز يحول الطاقة الكهربائية مباشرة إلى طاقة حرارية.يهدف نظام تسخين الهواء PTC إلى تحويل قلب الهواء الدافئ لمركبة وقود تقليدية إلى سخان هواء PTC.تستخدم مروحة لدفع الهواء الخارجي من خلال سخان PTC للتدفئة.يتم إرسال الهواء الساخن إلى داخل المقصورة لتدفئة المقصورة.نظرًا لاستهلاكها المباشر للطاقة ، يكون استهلاك الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة أيضًا كبيرًا نسبيًا عند تشغيل السخان.
أنابيب PTC ، مثل تسخين الهواء PTC ، تولد الحرارة باستخدام استهلاك الكهرباء.لكن نظام السباكة يعمل عن طريق تسخين المبرد أولاً باستخدام PTC.بعد تسخين المبرد إلى درجة حرارة معينة ، يتم ضخ المبرد في قلب السخان لتبادل الحرارة مع الهواء المحيط.ترسل مروحة الهواء الساخن إلى المقصورة لتدفئة المقصورة.ثم يتم تسخين مياه التبريد بواسطة PTC وتبادلي.يعتبر نظام التسخين هذا أكثر موثوقية وأمانًا من تبريد الهواء PTC.
مبدأ نظام تكييف الهواء بمضخة الحرارة هو نفس مبدأ نظام تكييف هواء السيارات التقليدي.يمكن لمكيف الهواء بمضخة الحرارة أن يدرك تحويل تدفئة وتبريد المقصورة ، ويظهر مبدأه في الشكل 3 والشكل 4. يتم استخدام صمام عكسي رباعي الاتجاهات لتغيير اتجاه تدفق مادة التبريد في النظام ، وذلك من أجل تحقيق عملية التبريد والتبادل الحراري.نظرًا لأن مكيف الهواء بمضخة الحرارة لا يستهلك الطاقة الكهربائية بشكل مباشر لتوليد الحرارة ، فإن درجة توفير الطاقة لمكيف الهواء بمضخة الحرارة أعلى من تلك الموجودة في سخان PTC.في الوقت الحاضر ، تم إنتاج مكيفات الهواء ذات المضخات الحرارية بكميات كبيرة في بعض المركبات.
تنقسم الإدارة الحرارية لنظام طاقة السيارات إلى الإدارة الحرارية لنظام الطاقة التقليدي لمركبة الوقود والإدارة الحرارية لنظام الطاقة الجديد لمركبة الطاقة.الآن أصبحت الإدارة الحرارية لنظام الطاقة لمركبات الوقود التقليدية ناضجة جدًا.يتم تشغيل مركبات الوقود التقليدية بواسطة المحركات ، لذا فإن الإدارة الحرارية للمحرك هي محور الإدارة الحرارية التقليدية للمركبة.تشمل الإدارة الحرارية للمحرك بشكل أساسي نظام تبريد المحرك.يجب تبديد أكثر من 30٪ من الحرارة في نظام السيارة بواسطة دائرة تبريد المحرك لمنع ارتفاع درجة حرارة المحرك تحت الأحمال العالية.يستخدم سائل تبريد المحرك لتسخين المقصورة.
تتكون محطة الطاقة الخاصة بمركبة الوقود التقليدية من المحرك وناقل الحركة لمركبة الوقود التقليدية ، بينما تتكون مركبة الطاقة الجديدة من بطارية ومحرك وتحكم إلكتروني.لقد تغيرت طرق الإدارة الحرارية لكليهما كثيرًا.نطاق درجة حرارة التشغيل العادية لبطارية الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة هو 25-40 درجة مئوية.لذلك ، تتطلب الإدارة الحرارية للبطارية الاحتفاظ بها دافئة وتبديدها.في الوقت نفسه ، يجب ألا تكون درجة حرارة المحرك مرتفعة جدًا.إذا كانت درجة حرارة المحرك عالية جدًا ، فسيؤثر ذلك على عمر خدمة المحرك.لذلك ، يحتاج المحرك أيضًا إلى تنفيذ إجراءات تبديد الحرارة اللازمة أثناء الاستخدام.فيما يلي مقدمة لنظام الإدارة الحرارية للبطارية ونظام الإدارة الحرارية للتحكم الإلكتروني في المحرك والمكونات الأخرى.
ينقسم نظام الإدارة الحرارية لبطارية الطاقة بشكل أساسي إلى تبريد بالهواء ، التبريد السائل، تبريد المواد المتغيرة الطور وتبريد الأنابيب الحرارية على أساس وسائط التبريد المختلفة.تختلف مبادئ وهياكل أنظمة طرق التبريد المختلفة تمامًا.
من خلال تدفق الهواء ، تقوم حزمة البطارية بإجراء التبادل الحراري بالحمل مع الهواء الخارجي.ينقسم تبريد الهواء عمومًا إلى تبريد طبيعي وتبريد قسري.التبريد الطبيعي هو عندما يبرد الهواء الخارجي حزمة البطارية عند تشغيل السيارة.التبريد بالهواء القسري هو تركيب مروحة للتبريد القسري ضد البطارية.مزايا تبريد الهواء منخفضة التكلفة وسهلة التطبيق التجاري.العيوب هي كفاءة تبديد الحرارة المنخفضة ، نسبة شغل مساحة كبيرة ، ومشاكل ضوضاء خطيرة.
تتم إزالة الحرارة من البطارية عن طريق تدفق السائل.نظرًا لأن السعة الحرارية المحددة للسائل أكبر من قدرة الهواء ، فإن تأثير التبريد بالسائل أفضل من تبريد الهواء ، كما أن سرعة التبريد أسرع من تبريد الهواء.توزيع درجة الحرارة بعد تبريد حزمة البطارية هو أيضًا منتظم نسبيًا.لذلك ، يستخدم التبريد السائل تجاريًا على نطاق واسع.لكن التبريد السائل له أيضًا عيوب.العيب هو أن هناك خطر حدوث تسرب ، والتعقيد كبير نسبيًا ، وتكلفة الصيانة مرتفعة.
تشتمل مواد تغيير الطور (PCM) على البارافين ، والأملاح المائية ، والأحماض الدهنية ، وما إلى ذلك. عند حدوث تغير في الطور ، يمكن أن تمتص أو تطلق كمية كبيرة من الحرارة الكامنة بينما تظل درجة حرارتها دون تغيير.يتمتع PCM بسعة تخزين كبيرة للطاقة الحرارية دون استهلاك إضافي للطاقة ، ويستخدم على نطاق واسع في تبريد البطارية من المنتجات الإلكترونية مثل الهواتف المحمولة.ومع ذلك ، لا يزال تطبيق بطاريات طاقة السيارات في حالة البحث.تعاني مواد تغيير الطور من الموصلية الحرارية المنخفضة ، مما يتسبب في ذوبان PCM على الجانب الذي يتصل بالبطارية.ومع ذلك ، لا يتم صهر الأجزاء الأخرى ، مما يقلل من أداء نقل الحرارة للنظام وغير مناسب لبطاريات الطاقة كبيرة الحجم.إذا كان من الممكن حل هذه المشكلات ، فسيصبح تبريد PCM أكثر حلول التطوير المحتملة للإدارة الحرارية لمركبات الطاقة الجديدة.
أنبوب الحرارة هو جهاز يعتمد على نقل الحرارة بتغيير الطور.أنبوب الحرارة عبارة عن حاوية محكمة الغلق أو أنبوب مغلق مملوء بوسط عمل / سائل (ماء ، إيثيلين جلايكول أو أسيتون ، إلخ) في حالة مشبعة.قسم واحد من أنبوب الحرارة هو نهاية التبخر ، والطرف الآخر هو نهاية التكثيف.لا يمكنها امتصاص حرارة حزمة البطارية فحسب ، بل يمكنها أيضًا تسخين حزمة البطارية.إنه حاليًا نظام الإدارة الحرارية لبطارية الطاقة الأكثر مثالية.
التبريد المباشر هو وسيلة لتثبيت مبخر نظام تكييف الهواء في صندوق البطارية لتبريد صندوق البطارية بسرعة باستخدام مبدأ التبخر وامتصاص الحرارة للمبردات مثل المبرد R134a.يتميز نظام التبريد المباشر بكفاءة تبريد عالية وقدرة تبريد كبيرة.
ما سبق هو طرق الإدارة الحرارية السائدة لبطاريات الطاقة الخمس ، ومزاياها وعيوبها موضحة في الجدول 1.
لوحة مختلط لوحة أنبوب النحاس لوحة لحام اللهب الاحتكاك تحريك لوحة ملحومة