Los aires acondicionados tradicionales con bomba de calor presentan una baja eficiencia de calentamiento y una capacidad de calefacción insuficiente en ambientes fríos, lo que limita su aplicación en vehículos eléctricos. Por lo tanto, se han desarrollado y aplicado diversos métodos para mejorar el rendimiento de los aires acondicionados con bomba de calor en condiciones de baja temperatura. Mediante el aumento racional del circuito secundario de intercambio de calor, mientras se enfría la batería y el sistema del motor, el calor restante se recicla para mejorar la capacidad de calefacción de los vehículos eléctricos en condiciones de baja temperatura. Los resultados experimentales muestran que la capacidad de calefacción del aire acondicionado con bomba de calor de recuperación de calor residual mejora significativamente en comparación con el aire acondicionado con bomba de calor tradicional. La bomba de calor de recuperación de calor residual, con un mayor grado de acoplamiento de cada subsistema de gestión térmica, y el sistema de gestión térmica del vehículo con un mayor grado de integración se utilizan en el Tesla Model Y y el Volkswagen ID4. Se han aplicado CROZZ y otros modelos (como se muestra a la derecha). Sin embargo, cuando la temperatura ambiente es más baja y la cantidad de calor residual recuperado es menor, la recuperación de calor residual por sí sola no puede satisfacer la demanda de capacidad de calefacción en entornos de baja temperatura, por lo que se requieren calentadores PTC para compensar la escasez de capacidad de calefacción en los casos mencionados. Sin embargo, con la mejora gradual del nivel de integración de la gestión térmica del vehículo eléctrico, es posible aumentar la cantidad de recuperación de calor residual aumentando razonablemente el calor generado por el motor, aumentando así la capacidad de calentamiento y el COP del sistema de bomba de calor y evitando el uso deCalentador de refrigerante PTC/Calentador de aire PTCAl tiempo que reduce aún más la tasa de ocupación del espacio del sistema de gestión térmica, satisface la demanda de calefacción de los vehículos eléctricos en entornos de baja temperatura. Además de la recuperación y el aprovechamiento del calor residual de las baterías y los sistemas de motor, el uso del aire de retorno también es una forma de reducir el consumo energético del sistema de gestión térmica en condiciones de baja temperatura. Los resultados de la investigación muestran que, en entornos de baja temperatura, las medidas razonables de utilización del aire de retorno pueden reducir la capacidad de calefacción requerida por los vehículos eléctricos entre un 46 % y un 62 %, evitando al mismo tiempo el empañamiento y la escarcha de las ventanas, y pueden reducir el consumo de energía de calefacción hasta en un 40 %. Denso Japón también ha desarrollado una estructura de aire de retorno/aire fresco de doble capa, que puede reducir la pérdida de calor causada por la ventilación en un 30 %, a la vez que previene el empañamiento. En esta etapa, la adaptabilidad ambiental de la gestión térmica de vehículos eléctricos en condiciones extremas está mejorando gradualmente y se está desarrollando en la dirección de la integración y la ecologización.
Para mejorar aún más la eficiencia de la gestión térmica de la batería en condiciones de alta potencia y reducir la complejidad de dicha gestión, el método de control de temperatura de la batería mediante refrigeración y calefacción directas, que envía el refrigerante directamente al paquete de baterías para el intercambio de calor, es una solución técnica actual. La configuración de gestión térmica del intercambio de calor directo entre la batería y el refrigerante se muestra en la figura de la derecha. La tecnología de refrigeración directa puede mejorar la eficiencia y la tasa de intercambio de calor, obtener una distribución de temperatura más uniforme dentro de la batería, reducir el bucle secundario y aumentar la recuperación de calor residual del sistema, mejorando así el rendimiento del control de temperatura de la batería. Sin embargo, debido a la tecnología de intercambio de calor directo entre la batería y el refrigerante, es necesario aumentar la refrigeración y la calefacción mediante el sistema de bomba de calor. Por un lado, el control de temperatura de la batería se ve limitado por el arranque y la parada del sistema de aire acondicionado con bomba de calor, lo que afecta al rendimiento del bucle de refrigerante. Por otro lado, también limita el uso de fuentes de refrigeración naturales en temporadas de transición, por lo que esta tecnología aún requiere mayor investigación, mejora y evaluación de aplicaciones.
Progreso de la investigación de componentes clave
El sistema de gestión térmica del vehículo eléctrico (HVCH) consta de múltiples componentes, principalmente compresores eléctricos, válvulas electrónicas, intercambiadores de calor, diversas tuberías y depósitos de líquido. Entre ellos, el compresor, la válvula electrónica y el intercambiador de calor son los componentes principales del sistema de bomba de calor. A medida que aumenta la demanda de vehículos eléctricos ligeros y se profundiza el grado de integración del sistema, los componentes de gestión térmica de los vehículos eléctricos también se están desarrollando hacia la ligereza, la integración y la modularización. Para mejorar la aplicabilidad de los vehículos eléctricos en condiciones extremas, también se están desarrollando y aplicando componentes que puedan funcionar con normalidad en condiciones extremas y que cumplan con los requisitos de rendimiento de la gestión térmica automotriz.
Hora de publicación: 04-abr-2023
