1. ข้อกำหนดด้านการจัดการความร้อนสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า (เอชวีเอช)
ห้องโดยสารเป็นพื้นที่ที่ผู้ขับขี่อาศัยอยู่ขณะที่รถกำลังวิ่ง เพื่อให้มั่นใจได้ว่าผู้ขับขี่จะได้รับความสะดวกสบายขณะขับขี่ การจัดการความร้อนในห้องโดยสารจึงจำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิ ความชื้น และอุณหภูมิของอากาศที่จ่ายเข้าสู่ภายในรถ ข้อกำหนดด้านการจัดการความร้อนของห้องโดยสารภายใต้สภาวะต่างๆ แสดงไว้ในตารางที่ 1
การควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัยของรถยนต์ไฟฟ้า หากอุณหภูมิสูงเกินไป จะทำให้เกิดการรั่วไหลของของเหลวและการลุกไหม้เอง ซึ่งจะส่งผลต่อความปลอดภัยในการขับขี่ ในทางกลับกัน หากอุณหภูมิต่ำเกินไป ความสามารถในการชาร์จและคายประจุของแบตเตอรี่จะลดลงในระดับหนึ่ง เนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูงและน้ำหนักเบา แบตเตอรี่ลิเธียมจึงกลายเป็นแบตเตอรี่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ตารางที่ 2 แสดงข้อกำหนดการควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่ลิเธียมและภาระความร้อนของแบตเตอรี่ภายใต้สภาวะต่างๆ ที่ประเมินจากเอกสารอ้างอิง ด้วยความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การขยายช่วงอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมการทำงาน และความเร็วในการชาร์จที่รวดเร็วขึ้น ความสำคัญของการควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่ในระบบการจัดการความร้อนจึงมีความโดดเด่นมากขึ้น ไม่เพียงแต่เพื่อตอบสนองสภาพถนนที่แตกต่างกันและโหมดการชาร์จและการคายประจุที่แตกต่างกันเท่านั้น ภายใต้สภาวะการทำงานของยานพาหนะ การควบคุมอุณหภูมิจะต้องเปลี่ยนแปลงไป ความสม่ำเสมอของสนามอุณหภูมิระหว่างชุดแบตเตอรี่ และการป้องกันและควบคุมการเกิดความร้อนสูงเกินไป จึงต้องเป็นไปตามข้อกำหนดการควบคุมอุณหภูมิทั้งหมดภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน เช่น บริเวณที่มีอากาศหนาวจัด ร้อนจัด และมีความชื้นสูง รวมถึงบริเวณที่มีอากาศร้อนจัดและหนาวจัดในฤดูหนาว
2. ขั้นตอนแรกของการทำความร้อนแบบ PTC
ในระยะเริ่มต้นของการพัฒนาอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า เทคโนโลยีหลักโดยพื้นฐานแล้วจะอยู่บนพื้นฐานของการทดแทนแบตเตอรี่ มอเตอร์ และระบบพลังงานอื่นๆ โดยอาศัยการปรับปรุงอย่างค่อยเป็นค่อยไป ทั้งเครื่องปรับอากาศของรถยนต์ไฟฟ้าและรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงต่างก็ทำงานด้านการทำความเย็นผ่านวงจรการอัดไอ ความแตกต่างระหว่างทั้งสองคือ คอมเพรสเซอร์ของเครื่องปรับอากาศในรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงนั้นขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์ทางอ้อมผ่านสายพาน ในขณะที่รถยนต์ไฟฟ้าใช้คอมเพรสเซอร์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าโดยตรงเพื่อขับเคลื่อนวงจรการทำความเย็น เมื่อรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงต้องการความร้อนในฤดูหนาว ความร้อนเหลือทิ้งจากเครื่องยนต์จะถูกนำมาใช้โดยตรงในการให้ความร้อนแก่ห้องโดยสารโดยไม่ต้องใช้แหล่งความร้อนเพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม ความร้อนเหลือทิ้งจากมอเตอร์ของรถยนต์ไฟฟ้าไม่สามารถตอบสนองความต้องการความร้อนในฤดูหนาวได้ ดังนั้น การให้ความร้อนในฤดูหนาวจึงเป็นปัญหาที่รถยนต์ไฟฟ้าจำเป็นต้องแก้ไข ฮีตเตอร์แบบค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก (PTC) ประกอบด้วยองค์ประกอบความร้อนเซรามิก PTC และท่ออลูมิเนียม (เครื่องทำความร้อนน้ำหล่อเย็น PTC/เครื่องทำความร้อนอากาศ PTCซึ่งมีข้อดีคือความต้านทานความร้อนต่ำและประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูง และถูกนำมาใช้ในโครงสร้างตัวถังของรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิง ดังนั้น รถยนต์ไฟฟ้าในยุคแรกจึงใช้ระบบทำความเย็นแบบวงจรการอัดไอร่วมกับระบบทำความร้อนแบบ PTC เพื่อควบคุมอุณหภูมิภายในห้องโดยสาร
2.1 การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีปั๊มความร้อนในระยะที่สอง
ในการใช้งานจริง รถยนต์ไฟฟ้ามีความต้องการพลังงานความร้อนสูงในฤดูหนาว จากมุมมองทางเทอร์โมไดนามิก ค่า COP ของระบบทำความร้อน PTC มักจะน้อยกว่า 1 ซึ่งทำให้การใช้พลังงานของระบบทำความร้อน PTC สูงและอัตราการใช้พลังงานต่ำ ซึ่งจำกัดระยะทางการวิ่งของรถยนต์ไฟฟ้าอย่างมาก เทคโนโลยีปั๊มความร้อนใช้รอบการอัดไอเพื่อใช้ความร้อนระดับต่ำในสภาพแวดล้อม และค่า COP ทางทฤษฎีในระหว่างการทำความร้อนจะมากกว่า 1 ดังนั้น การใช้ระบบปั๊มความร้อนแทน PTC สามารถเพิ่มระยะทางการวิ่งของรถยนต์ไฟฟ้าภายใต้สภาวะการทำความร้อนได้ ด้วยการพัฒนาความจุและกำลังของแบตเตอรี่ให้ดียิ่งขึ้น ภาระความร้อนในระหว่างการทำงานของแบตเตอรี่ก็เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ โครงสร้างการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการการควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่ได้ ดังนั้น การระบายความร้อนด้วยของเหลวจึงกลายเป็นวิธีการหลักในการควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่ ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากอุณหภูมิที่ร่างกายมนุษย์ต้องการนั้นใกล้เคียงกับอุณหภูมิที่แบตเตอรี่ทำงานตามปกติ ความต้องการการระบายความร้อนของห้องโดยสารและแบตเตอรี่จึงสามารถตอบสนองได้โดยการเชื่อมต่อเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบขนานในระบบปั๊มความร้อนในห้องโดยสาร ความร้อนจากแบตเตอรี่จะถูกระบายออกไปทางอ้อมโดยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและระบบระบายความร้อนรอง และระดับการบูรณาการของระบบจัดการความร้อนของรถยนต์ไฟฟ้าได้รับการปรับปรุงแล้ว แม้ว่าระดับการบูรณาการจะได้รับการปรับปรุงแล้ว แต่ระบบจัดการความร้อนในขั้นนี้ยังคงบูรณาการเฉพาะการระบายความร้อนของแบตเตอรี่และห้องโดยสารเท่านั้น และความร้อนเหลือทิ้งจากแบตเตอรี่และมอเตอร์ยังไม่ได้ถูกนำมาใช้ประโยชน์อย่างมีประสิทธิภาพ
วันที่โพสต์: 4 เมษายน 2566
