Los sistemas de aire acondicionado con bomba de calor tradicionales tienen una baja eficiencia de calefacción y una capacidad insuficiente en ambientes fríos, lo que restringe los escenarios de aplicación de los vehículos eléctricos. Por lo tanto, se han desarrollado y aplicado diversos métodos para mejorar el rendimiento de estos sistemas en condiciones de baja temperatura. Al aumentar racionalmente el circuito de intercambio de calor secundario, mientras se enfría la batería y el sistema del motor, el calor residual 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 sistema de aire acondicionado con bomba de calor de recuperación de calor residual mejora significativamente en comparación con el sistema tradicional. La bomba de calor de recuperación de calor residual, con un mayor grado de acoplamiento entre cada subsistema de gestión térmica y el sistema de gestión térmica del vehículo, con un mayor grado de integración, se utiliza en el Tesla Model Y y el Volkswagen ID4. También se ha aplicado en el CROZZ y otros modelos (como se muestra a la derecha). Sin embargo, cuando la temperatura ambiente es 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 ambientes de baja temperatura, y aún se necesitan calentadores PTC para compensar la falta 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 incrementando razonablemente el calor generado por el motor, aumentando así la capacidad de calefacción y el COP del sistema de bomba de calor, y evitando el uso deCalentador de refrigerante PTC/Calentador de aire PTCAl reducir aún más la tasa de ocupación del espacio del sistema de gestión térmica, satisface la demanda de calefacción de los vehículos eléctricos en un entorno de baja temperatura. Además de la recuperación y utilización del calor residual de las baterías y los sistemas de motor, la utilización del aire de retorno también es una forma de reducir el consumo de energía del sistema de gestión térmica en condiciones de baja temperatura. Los resultados de la investigación muestran que, en un entorno de baja temperatura, 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 el empañamiento y la formación de escarcha en las ventanas, y pueden reducir el consumo de energía de calefacción hasta en un 40 %. Denso Japan también ha desarrollado una estructura correspondiente de doble capa de aire de retorno/aire fresco, que puede reducir la pérdida de calor causada por la ventilación en un 30 %, evitando el empañamiento. En esta etapa, la adaptabilidad ambiental de la gestión térmica de los vehículos eléctricos en condiciones extremas está mejorando gradualmente y se está desarrollando en la dirección de la integración y la sostenibilidad.
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 calentamiento directo, que introduce directamente el refrigerante en el paquete de baterías para el intercambio de calor, es una solución técnica actual. La configuración de gestión térmica del intercambio de calor directo entre el paquete de baterías 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 circuito 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 el calentamiento mediante el funcionamiento del 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 de la bomba de calor, lo que tiene cierto impacto en el rendimiento del circuito de refrigerante. Por otro lado, también limita el uso de fuentes de refrigeración naturales en las estaciones de transición, por lo que esta tecnología aún requiere más investigación, mejora y evaluación de aplicaciones.
Avances en la investigación de los componentes clave
El sistema de gestión térmica del vehículo eléctrico (HVCHEl sistema 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 centrales 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 normalmente en dichas condiciones y que cumplan con los requisitos de rendimiento de la gestión térmica automotriz.
Fecha de publicación: 4 de abril de 2023
