Seit 2014 ist die Elektrofahrzeugbranche zunehmend in Mode gekommen. Dabei hat auch das Wärmemanagement von Elektrofahrzeugen zunehmend an Bedeutung gewonnen. Denn die Reichweite von Elektrofahrzeugen hängt nicht nur von der Energiedichte der Batterie ab, sondern auch von der Wärmemanagementsystemtechnologie des Fahrzeugs. Das Batterie-Wärmemanagementsystem hat auchErfahrungeinen Prozess von Grund auf neu gestartet, von Vernachlässigung bis Aufmerksamkeit.
Reden wir heute über dieWärmemanagement von Elektrofahrzeugen, was schaffen sie?
Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen dem Wärmemanagement von Elektrofahrzeugen und dem Wärmemanagement herkömmlicher Fahrzeuge
Dieser Punkt steht an erster Stelle, da sich mit dem Eintritt der Automobilindustrie in das neue Energiezeitalter Umfang, Umsetzungsmethoden und Komponenten des Wärmemanagements stark verändert haben.
Über die Architektur des Wärmemanagements von Fahrzeugen mit herkömmlichem Kraftstoff muss hier nicht mehr gesprochen werden. Fachleser haben sehr deutlich gemacht, dass das traditionelle Wärmemanagement hauptsächlich Folgendes umfasst:Wärmemanagementsystem der Klimaanlage und das Wärmemanagement-Subsystem des Antriebsstrangs.
Die Wärmemanagementarchitektur von Elektrofahrzeugen basiert auf der von Verbrennungsfahrzeugen und ergänzt sie um das elektronische Wärmemanagementsystem des Elektromotors und das Wärmemanagementsystem der Batterie. Im Gegensatz zu Verbrennungsfahrzeugen reagieren Elektrofahrzeuge empfindlicher auf Temperaturschwankungen. Die Temperatur ist ein entscheidender Faktor für Sicherheit, Leistung und Lebensdauer. Das Wärmemanagement ist ein notwendiges Mittel, um den richtigen Temperaturbereich und die Temperaturkonstanz aufrechtzuerhalten. Daher ist das Wärmemanagementsystem der Batterie besonders wichtig. Das Wärmemanagement der Batterie (Wärmeableitung/Wärmeleitung/Wärmeisolierung) steht in direktem Zusammenhang mit der Sicherheit der Batterie und der Leistungskonstanz nach längerem Gebrauch.
Im Detail gibt es also vor allem folgende Unterschiede.
Verschiedene Wärmequellen der Klimaanlage
Die Klimaanlage eines herkömmlichen Tankwagens besteht hauptsächlich aus Kompressor, Kondensator, Expansionsventil, Verdampfer, Rohrleitung und anderenKomponenten.
Beim Kühlen wird das Kältemittel (Kältemittel) vom Kompressor bereitgestellt, und die Wärme im Auto wird entfernt, um die Temperatur zu senken. Dies ist das Prinzip der Kühlung. Weildie Kompressorarbeit muss vom Motor angetrieben werden, der Kühlprozess erhöht die Belastung des Motors und aus diesem Grund sagen wir, dass die Sommerklimaanlage mehr Öl kostet.
Derzeit basiert die Heizung von Fahrzeugen mit Kraftstoff fast ausschließlich auf der Nutzung der Wärme des Motorkühlmittels. Ein großer Teil der vom Motor erzeugten Abwärme kann zum Erwärmen der Klimaanlage verwendet werden. Das Kühlmittel fließt durch den Wärmetauscher (auch als Wassertank bezeichnet) im Warmluftsystem. Die vom Gebläse transportierte Luft wird mit dem Motorkühlmittel getauscht, erwärmt und anschließend in das Fahrzeug geleitet.
In der kalten Umgebung muss der Motor jedoch lange laufen, um die Wassertemperatur auf die richtige Temperatur zu bringen, und der Benutzer muss die Kälte lange Zeit im Auto ertragen.
Die Beheizung von Fahrzeugen mit alternativem Antrieb erfolgt hauptsächlich über Elektroheizungen. Elektroheizungen verfügen über Wind- und Warmwasserbereiter. Das Prinzip des Lufterhitzers ähnelt dem eines Haartrockners: Er erwärmt die zirkulierende Luft direkt über die Heizplatte und versorgt so das Fahrzeug mit warmer Luft. Der Vorteil des Winderhitzers liegt in der kurzen Aufheizzeit, der etwas höheren Energieeffizienz und der hohen Heiztemperatur. Der Nachteil ist, dass der Heizwind besonders trocken ist und ein Trockenheitsgefühl im Körper hervorruft. Das Prinzip des Warmwasserbereiters ähnelt dem eines elektrischen Warmwasserbereiters: Er erwärmt das Kühlmittel über die Heizplatte. Das heiße Kühlmittel strömt durch den Warmluftkern und erwärmt dann die zirkulierende Luft, um den Innenraum zu heizen. Die Aufheizzeit des Warmwasserbereiters ist etwas länger als die eines Lufterhitzers, aber auch deutlich kürzer als die eines Verbrennungsfahrzeugs. Da die Wasserleitung bei niedrigen Temperaturen Wärme verliert, ist die Energieeffizienz etwas geringer. Der Xiaopeng G3 verwendet den oben genannten Warmwasserbereiter.
Ob Windheizung oder Warmwasserbereitung, für Elektrofahrzeuge werden Strombatterien zur Stromversorgung benötigt, und der größte Teil des Stroms wird in verbrauchtKlimaanlage Heizung in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen. Dies führt zu einer verringerten Reichweite von Elektrofahrzeugen in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen.
Vergleichened mit Das Problem der langsamen Aufheizgeschwindigkeit von Kraftstofffahrzeugen in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen kann durch den Einsatz einer elektrischen Heizung für Elektrofahrzeuge die Aufheizzeit erheblich verkürzen.
Wärmemanagement von Leistungsbatterien
Im Vergleich zum Wärmemanagement des Motors von Kraftstofffahrzeugen sind die Anforderungen an das Wärmemanagement des Antriebssystems von Elektrofahrzeugen strenger.
Da der optimale Betriebstemperaturbereich der Batterie sehr klein ist, muss die Batterietemperatur im Allgemeinen zwischen 15 und 40 °C liegen.° C. Die Umgebungstemperatur, die üblicherweise von Fahrzeugen verwendet wird, beträgt jedoch -30~40° C, und die Fahrbedingungen der tatsächlichen Benutzer sind komplex. Die Wärmemanagementsteuerung muss die Fahrbedingungen von Fahrzeugen und den Zustand von Batterien effektiv erkennen und bestimmen, die optimale Temperaturregelung durchführen und ein Gleichgewicht zwischen Energieverbrauch, Fahrzeugleistung, Batterieleistung und Komfort anstreben.
Um die Reichweitenangst zu lindern, wird die Batteriekapazität von Elektrofahrzeugen immer größer und die Energiedichte immer höher. Gleichzeitig muss der Widerspruch zu langen Ladewartezeiten für die Benutzer gelöst werden, und es sind Schnellladen und Superschnellladen entstanden.
Im Hinblick auf das Wärmemanagement führt das Schnellladen mit hohem Strom zu einer stärkeren Wärmeentwicklung und einem höheren Energieverbrauch der Batterie. Eine zu hohe Batterietemperatur während des Ladevorgangs kann nicht nur Sicherheitsrisiken bergen, sondern auch zu Problemen wie einer verringerten Batterieeffizienz und einem beschleunigten Verfall der Batterielebensdauer führen. Das Design vonWärmemanagementsystemist eine schwere Prüfung.
Wärmemanagement für Elektrofahrzeuge
Komfortanpassung für die Fahrgastkabine
Das thermische Raumklima eines Fahrzeugs wirkt sich direkt auf den Komfort der Insassen aus. In Kombination mit dem sensorischen Modell des menschlichen Körpers ist die Untersuchung von Strömung und Wärmeübertragung in der Kabine ein wichtiges Mittel zur Verbesserung des Fahrzeugkomforts und der Fahrzeugleistung. Die Auswirkungen auf den Komfort der Insassen werden von der Karosseriestruktur, den Klimaanlagenauslässen, den durch Sonneneinstrahlung beeinflussten Fahrzeugscheiben und der gesamten Karosseriekonstruktion in Kombination mit der Klimaanlage berücksichtigt.
Beim Fahren eines Fahrzeugs sollten die Benutzer nicht nur das Fahrgefühl erleben, das die starke Leistungsabgabe des Fahrzeugs mit sich bringt, sondern auch der Komfort der Kabinenumgebung ist ein wichtiger Aspekt.
Steuerung zur Einstellung der Betriebstemperatur der Power-Batterie
Bei der Verwendung von Batterien treten viele Probleme auf, insbesondere hinsichtlich der Batterietemperatur. In Umgebungen mit extrem niedrigen Temperaturen kommt es zu einer starken Leistungsabschwächung von Lithiumbatterien, in Umgebungen mit hohen Temperaturen bestehen Sicherheitsrisiken. Die Verwendung von Batterien in extremen Fällen kann sehr wahrscheinlich zu Schäden an der Batterie führen und dadurch die Leistung und Lebensdauer der Batterie verringern.
Der Hauptzweck des Wärmemanagements besteht darin, den Akku stets im richtigen Temperaturbereich zu betreiben und so optimale Betriebsbedingungen zu gewährleisten. Das Wärmemanagementsystem des Akkus umfasst im Wesentlichen drei Funktionen: Wärmeableitung, Vorwärmung und Temperaturausgleich. Wärmeableitung und Vorwärmung werden hauptsächlich an die möglichen Auswirkungen der Umgebungstemperatur auf den Akku angepasst. Der Temperaturausgleich dient dazu, den Temperaturunterschied innerhalb des Akkus zu reduzieren und einen schnellen Verfall durch Überhitzung bestimmter Akkuteile zu verhindern.
Die in den derzeit auf dem Markt befindlichen Elektrofahrzeugen verwendeten Batterie-Wärmemanagementsysteme lassen sich im Wesentlichen in zwei Kategorien unterteilen: luftgekühlt und flüssigkeitsgekühlt.
Das Prinzip derluftgekühltes Wärmemanagementsystem ähnelt eher dem Wärmeableitungsprinzip eines Computers. In einem Abschnitt des Akkupacks ist ein Kühllüfter installiert, und am anderen Ende befindet sich eine Entlüftungsöffnung, die durch die Arbeit des Lüfters den Luftstrom zwischen den Akkus beschleunigt, um die während des Betriebs vom Akku abgegebene Wärme abzuführen.
Kurz gesagt: Luftkühlung besteht darin, einen Lüfter an der Seite des Akkupacks anzubringen und den Akkupack durch das Blasen des Lüfters zu kühlen. Der vom Lüfter erzeugte Wind wird jedoch durch externe Faktoren beeinflusst, und die Effizienz der Luftkühlung nimmt bei höheren Außentemperaturen ab. Genauso wie das Blasen eines Lüfters an einem heißen Tag nicht für eine Abkühlung sorgt. Der Vorteil der Luftkühlung liegt in der einfachen Struktur und den geringen Kosten.
Die Flüssigkeitskühlung leitet die während des Betriebs von der Batterie erzeugte Wärme über das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung im Batteriepack ab, um die Batterietemperatur zu senken. Aus praktischer Sicht hat das flüssige Medium einen hohen Wärmeübergangskoeffizienten, eine große Wärmekapazität und eine schnellere Abkühlgeschwindigkeit. Xiaopeng G3 verwendet ein Flüssigkeitskühlsystem mit höherer Kühleffizienz.
Vereinfacht ausgedrückt besteht das Prinzip der Flüssigkeitskühlung darin, eine Wasserleitung im Akkupack anzuordnen. Wenn die Temperatur des Akkupacks zu hoch ist, wird kaltes Wasser in die Wasserleitung gegossen und die Wärme durch kaltes Wasser abgeführt, um abzukühlen. Wenn die Temperatur des Akkupacks zu niedrig ist, muss er aufgeheizt werden.
Bei starker Fahrweise oder schnellem Laden entsteht beim Laden und Entladen der Batterie viel Wärme. Bei zu hoher Batterietemperatur schaltet man den Kompressor ein, und das Niedertemperatur-Kältemittel fließt durch das Kühlmittel im Kühlrohr des Batteriewärmetauschers. Das Niedertemperatur-Kältemittel fließt in den Batteriesatz, um die Wärme abzuleiten, sodass die Batterie den optimalen Temperaturbereich halten kann. Dies verbessert die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Batterie während des Fahrzeugbetriebs erheblich und verkürzt die Ladezeit.
Im extrem kalten Winter ist die Aktivität von Lithiumbatterien aufgrund niedriger Temperaturen reduziert, die Batterieleistung nimmt stark ab und die Batterie kann nicht mit hoher Leistung entladen oder schnell aufgeladen werden. Schalten Sie in diesem Fall den Warmwasserbereiter ein, um das Kühlmittel im Batteriekreislauf zu erwärmen. Das Hochtemperaturkühlmittel erwärmt die Batterie. Dadurch wird sichergestellt, dass das Fahrzeug auch bei niedrigen Temperaturen schnell aufgeladen werden kann und eine große Reichweite hat.
Elektronische Steuerung des Elektroantriebs und Kühlung der Hochleistungs-Elektroteile zur Wärmeableitung
Fahrzeuge mit neuer Energie verfügen über umfassende Elektrifizierungsfunktionen und das Kraftstoffsystem wurde auf ein elektrisches Antriebssystem umgestellt. Die Leistungsbatterie liefert bis zu370 V Gleichspannung Um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen, zu kühlen und zu heizen und verschiedene elektrische Komponenten im Auto mit Strom zu versorgen. Während der Fahrt erzeugen elektrische Hochleistungskomponenten (wie Motoren, DCDC, Motorsteuerungen usw.) viel Wärme. Die hohe Temperatur von Elektrogeräten kann zu Fahrzeugausfällen, Leistungseinschränkungen und sogar Sicherheitsrisiken führen. Das Wärmemanagement des Fahrzeugs muss die erzeugte Wärme rechtzeitig ableiten, um sicherzustellen, dass die elektrischen Hochleistungskomponenten des Fahrzeugs im sicheren Betriebstemperaturbereich bleiben.
Das elektronische Steuerungssystem des G3-Elektroantriebs nutzt zur Wärmeregulierung die Wärmeableitung mittels Flüssigkeitskühlung. Das Kühlmittel in der Rohrleitung des elektronischen Pumpenantriebssystems fließt durch den Motor und andere Heizgeräte, um die Wärme der elektrischen Teile abzuleiten, und fließt dann durch den Kühler am vorderen Ansauggitter des Fahrzeugs. Der elektronische Lüfter wird eingeschaltet, um das Hochtemperatur-Kühlmittel zu kühlen.
Einige Gedanken zur zukünftigen Entwicklung der Wärmemanagementbranche
Niedriger Energieverbrauch:
Um den hohen Stromverbrauch durch Klimaanlagen zu reduzieren, hat die Wärmepumpenklimatisierung zunehmend an Bedeutung gewonnen. Obwohl das allgemeine Wärmepumpensystem (mit R134a als Kältemittel) bestimmte Einschränkungen in der verwendeten Umgebung aufweist, wie z. B. extrem niedrige Temperaturen (unter -10° C) funktioniert nicht. Die Kühlung in Hochtemperaturumgebungen unterscheidet sich nicht von der herkömmlichen Klimaanlage eines Elektrofahrzeugs. In den meisten Teilen Chinas kann der Energieverbrauch von Klimaanlagen jedoch im Frühling und Herbst (bei Umgebungstemperaturen) effektiv gesenkt werden, und die Energieeffizienz ist zwei- bis dreimal so hoch wie bei Elektroheizungen.
Geräuscharm:
Nachdem das Elektrofahrzeug nicht die Geräuschquelle des Motors hat, wird das Geräusch, das durch den Betrieb vonder Kompressorund der elektronische Lüfter an der Vorderseite, wenn die Klimaanlage zur Kühlung eingeschaltet wird, wird von den Benutzern leicht bemängelt. Effiziente und leise elektronische Lüfterprodukte und Kompressoren mit großem Hubraum tragen dazu bei, den Betriebslärm zu reduzieren und gleichzeitig die Kühlleistung zu erhöhen
Niedrige Kosten:
Die Kühl- und Heizmethoden von Wärmemanagementsystemen nutzen meist Flüssigkeitskühlungen. Der Wärmebedarf von Batterie und Klimaanlage ist bei niedrigen Temperaturen sehr hoch. Die aktuelle Lösung besteht darin, die Wärmeproduktion durch den Einsatz elektrischer Heizgeräte zu steigern, was jedoch hohe Teilekosten und einen hohen Energieverbrauch mit sich bringt. Sollte es in der Batterietechnologie zu einem Durchbruch kommen, der die hohen Temperaturanforderungen von Batterien löst oder reduziert, würde dies zu erheblichen Optimierungen bei Design und Kosten von Wärmemanagementsystemen führen. Die effiziente Nutzung der vom Motor während des Fahrzeugbetriebs erzeugten Abwärme trägt ebenfalls zur Senkung des Energieverbrauchs des Wärmemanagementsystems bei. Dies würde die Batteriekapazität reduzieren, die Reichweite erhöhen und die Fahrzeugkosten senken.
Intelligent:
Der Entwicklungstrend bei Elektrofahrzeugen liegt in der starken Elektrifizierung. Herkömmliche Klimaanlagen können bisher nur Kühl- und Heizfunktionen bieten und intelligenter werden. Die Klimaanlage kann durch Big Data basierend auf den Fahrgewohnheiten der Nutzer weiter verbessert werden. Bei Familienautos kann die Temperatur der Klimaanlage beispielsweise nach dem Einsteigen intelligent an verschiedene Personen angepasst werden. Schalten Sie die Klimaanlage vor der Fahrt ein, damit die Temperatur im Auto angenehm wird. Der intelligente elektrische Luftauslass kann die Richtung des Luftauslasses automatisch an die Anzahl der Personen im Auto, deren Position und Körpergröße anpassen.
Veröffentlichungszeit: 20. Oktober 2023