1. Requisitos de gestión térmica de vehículos eléctricos (HVCH)
El habitáculo es el espacio ambiental donde el conductor se encuentra mientras el vehículo está en marcha. Para garantizar un entorno de conducción confortable, la gestión térmica del habitáculo debe controlar la temperatura, la humedad y la temperatura del aire de entrada del vehículo. Los requisitos de gestión térmica del habitáculo en diferentes condiciones se muestran en la Tabla 1.
El control de temperatura de las baterías de litio es un requisito importante para garantizar el funcionamiento eficiente y seguro de los vehículos eléctricos. Si la temperatura es demasiado alta, se producirán fugas de líquido y combustión espontánea, lo que afectará a la seguridad de la conducción; si es demasiado baja, la capacidad de carga y descarga de la batería se verá reducida en cierta medida. Gracias a su alta densidad energética y peso ligero, las baterías de litio se han convertido en las baterías de litio más utilizadas en vehículos eléctricos. Los requisitos de control de temperatura de las baterías de litio y la carga térmica de la batería en diferentes condiciones, estimados según la bibliografía, se muestran en la Tabla 2. Con el aumento gradual de la densidad energética de las baterías de litio, la expansión del rango de temperatura del entorno de trabajo y el aumento de las velocidades de carga rápida, la importancia del control de temperatura de las baterías de litio en el sistema de gestión térmica se ha vuelto más destacada, no solo para cumplir con las diferentes condiciones de la carretera y los diferentes modos de carga y descarga. La carga de control de temperatura cambia según las condiciones de trabajo del vehículo, la uniformidad del campo de temperatura entre los paquetes de baterías y la prevención y el control del descontrol térmico también deben cumplir con todos los requisitos de control de temperatura en diferentes condiciones ambientales, como áreas de frío intenso, calor intenso y alta humedad, y áreas de veranos calurosos e inviernos fríos.
2. La primera etapa de calentamiento PTC
En la etapa inicial de la industrialización de los vehículos eléctricos, la tecnología principal se basaba básicamente en la sustitución de baterías, motores y otros sistemas de energía, gracias a mejoras graduales. Tanto el aire acondicionado de los vehículos eléctricos puros como el de los vehículos de combustible realizan la función de refrigeración mediante el ciclo de compresión de vapor. La diferencia entre ambos radica en que el compresor del aire acondicionado de los vehículos de combustible es accionado indirectamente por el motor a través de la correa, mientras que los vehículos eléctricos puros utilizan directamente el compresor eléctrico para impulsar el ciclo de refrigeración. Cuando los vehículos de combustible se calientan en invierno, el calor residual del motor se utiliza directamente para calentar el habitáculo sin una fuente de calor adicional. Sin embargo, el calor residual del motor de los vehículos eléctricos puros no puede satisfacer las necesidades de calefacción en invierno. Por lo tanto, la calefacción en invierno es un problema que los vehículos eléctricos puros deben resolver. El calentador de coeficiente de temperatura positivo (PTC) está compuesto por un elemento calefactor cerámico PTC y un tubo de aluminio.Calentador de refrigerante PTC/Calentador de aire PTC), que tiene las ventajas de una pequeña resistencia térmica y una alta eficiencia de transferencia de calor, y se utiliza en la base de la carrocería de los vehículos de combustible. Por lo tanto, los primeros vehículos eléctricos utilizaban refrigeración por ciclo de compresión de vapor más calefacción PTC para lograr la gestión térmica del habitáculo de pasajeros.
2.1 Aplicación de la tecnología de bomba de calor en la segunda etapa
En la práctica, los vehículos eléctricos tienen una alta demanda de energía para calefacción en invierno. Desde un punto de vista termodinámico, el COP de la calefacción PTC siempre es inferior a 1, lo que eleva el consumo de energía de la calefacción PTC y reduce la tasa de utilización de energía, lo que limita considerablemente el kilometraje de los vehículos eléctricos. La tecnología de bomba de calor utiliza el ciclo de compresión de vapor para aprovechar el calor ambiental de baja intensidad, y el COP teórico durante la calefacción es superior a 1. Por lo tanto, el uso de un sistema de bomba de calor en lugar de PTC puede aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos en condiciones de calefacción. Con la mejora de la capacidad y la potencia de la batería de potencia, la carga térmica durante su funcionamiento también aumenta gradualmente. La estructura tradicional de refrigeración por aire no puede satisfacer los requisitos de control de temperatura de la batería de potencia. Por lo tanto, la refrigeración líquida se ha convertido en el principal método de control de temperatura de la batería. Además, dado que la temperatura de confort requerida por el cuerpo humano es similar a la temperatura a la que la batería de potencia funciona normalmente, las necesidades de refrigeración del habitáculo y de la batería de potencia se pueden satisfacer conectando intercambiadores de calor en paralelo en el sistema de bomba de calor del habitáculo. El calor de la batería se disipa indirectamente mediante el intercambiador de calor y la refrigeración secundaria, lo que ha mejorado el grado de integración del sistema de gestión térmica del vehículo eléctrico. Si bien se ha mejorado el grado de integración, en esta etapa el sistema de gestión térmica solo integra la refrigeración de la batería y el habitáculo, y el calor residual de la batería y el motor no se ha aprovechado eficazmente.
Hora de publicación: 04-abr-2023
