2014年以降、電気自動車業界は徐々に熱くなってきました。中でも電気自動車の車両熱管理は徐々に注目を集めています。なぜなら、電気自動車の航続距離はバッテリーのエネルギー密度だけでなく、自動車の熱管理システム技術にも依存するからです。バッテリーの熱管理システムには、経験する無視から注意まで、プロセスをゼロから考え出しました。
そこで今日は、電気自動車の熱管理について話しましょう。電気自動車は何を管理しているのでしょうか?
電気自動車の熱管理と従来の車両の熱管理の類似点と相違点
この点が最初に取り上げられるのは、自動車産業が新エネルギー時代に入ってから、熱管理の範囲、実装方法、構成要素が大きく変化したためです。
従来の燃料自動車の熱管理アーキテクチャについてはここでこれ以上述べる必要はありません。従来の熱管理には主に空調熱管理システムとパワートレインの熱管理サブシステムが含まれていることは専門読者の皆さんもよくご存じでしょう。
電気自動車の熱管理アーキテクチャは、燃料自動車の熱管理アーキテクチャに基づいており、電気モーター電子熱管理システムとバッテリー熱管理システムが追加されています。燃料自動車とは異なり、電気自動車は温度変化に敏感であり、温度が重要です。熱管理は安全性、性能、寿命を決定する要素であるため、適切な温度範囲と均一性を維持するために必要な手段です。したがって、バッテリーの熱管理システムは特に重要であり、バッテリーの熱管理 (放熱/熱伝導/断熱) は、バッテリーの安全性と長期使用後の電力の安定性に直接関係します。
したがって、詳細に関しては、主に以下の違いがあります。
エアコンの熱源の違い
従来の燃料トラックの空調システムは、主にコンプレッサー、凝縮器、膨張弁、蒸発器、パイプラインなどで構成されています。コンポーネント。
冷房するときは、コンプレッサーによって冷媒（冷媒）を動かし、車内の熱を奪って温度を下げるのが冷凍の原理です。コンプレッサーの仕事をエンジンで駆動する必要があるため、冷凍工程によりエンジンの負担が大きくなり、これが夏のエアコンはオイル代がかかると言われる所以です。
現在、ほとんどすべての燃料車の暖房はエンジンの冷却水からの熱を利用しており、エンジンによって発生する大量の廃熱をエアコンの暖房に使用できます。温風システムでは冷却水が熱交換器（水タンクとも呼ばれます）を流れており、ブロワーで運ばれた空気はエンジン冷却水と熱交換して加熱されて車内に送り込まれます。
しかし、寒冷環境では水温を適温まで上げるために長時間エンジンを稼働させる必要があり、ユーザーは車内で長時間寒さに耐えなければなりません。
新エネルギー車の暖房は主に電気ヒーターに依存しており、電気ヒーターには風力ヒーターや給湯器があります。エアヒーターの原理はヘアドライヤーの原理に似ており、加熱シートを通して循環空気を直接加熱し、車内に温風を供給します。風力ヒーターの利点は、加熱時間が速く、エネルギー効率がわずかに高く、加熱温度が高いことです。欠点は、暖房風が特に乾燥しているため、人体に乾燥感をもたらすことです。給湯器の原理は電気温水器と同様で、発熱シートを通して冷媒を加熱し、高温の冷媒が温風コアを通って循環空気を加熱して室内暖房を実現します。給湯器の加熱時間は空気加熱器よりわずかに長くなりますが、燃料自動車よりもはるかに速く、低温環境では水道管の熱損失があり、エネルギー効率はわずかに低くなります。 。Xiaopeng G3 は上記の給湯器を使用しています。
風力暖房でも水暖房でも、電気自動車の場合は電力を供給するためのバッテリーが必要であり、電力のほとんどは低温環境での空調暖房に消費されます。その結果、低温環境における電気自動車の走行距離が減少します。
比較するで編んだ 燃料自動車の低温環境下での加熱速度が遅いという問題に対して、電気自動車に電気加熱を使用することで加熱時間を大幅に短縮できます。
パワーバッテリーの熱管理
燃料自動車のエンジンの熱管理と比較して、電気自動車の電源システムの熱管理要件はより厳格です。
バッテリーの最適動作温度範囲は非常に狭いため、バッテリー温度は通常 15 ～ 40 ℃である必要があります。° ただし、車両が一般的に使用する周囲温度は-30〜40℃です。° C、実際のユーザーの運転状況は複雑です。熱管理制御では、車両の走行状態やバッテリーの状態を効果的に把握・判断し、最適な温度制御を行い、エネルギー消費量、車両性能、バッテリー性能、快適性のバランスを図る必要があります。
航続距離の不安を軽減するために、電気自動車のバッテリー容量はますます大きくなり、エネルギー密度はますます高くなっています。同時に、ユーザーにとって充電待ち時間が長すぎるという矛盾を解決する必要があり、急速充電や超急速充電が登場しました。
熱管理の観点から見ると、大電流急速充電はバッテリーの発熱とエネルギー消費量を増大させます。充電中にバッテリーの温度が高すぎると、安全上のリスクが生じるだけでなく、バッテリー効率の低下やバッテリー寿命の低下の加速などの問題が発生する可能性があります。熱管理システムの設計は厳しいテストです。
電気自動車の熱管理
客室の快適性の調整
車両の室内温熱環境は乗員の快適性に直接影響します。人体の感覚モデルと組み合わせて、キャブ内の流れと熱伝達を研究することは、車両の快適性を向上させ、車両の性能を向上させる重要な手段です。車体構造設計から、空調吹出口、太陽光放射の影響を受ける車両ガラス、および空調システムと組み合わせた車体全体の設計から、乗員の快適性への影響が考慮されます。
クルマを運転する際には、その強力なパワーによる走行フィーリングを体感するだけでなく、車室内の快適性も重要な要素となります。
パワーバッテリー動作温度調整制御
プロセスの使用中にバッテリーは多くの問題に遭遇します。特にバッテリー温度において、リチウムバッテリーは極低温環境では電力の減衰が深刻であり、高温環境では安全上のリスクが発生しやすく、極端な環境でのバッテリーの使用は危険です。この場合、バッテリーに損傷を与える可能性が非常に高く、バッテリーの性能と寿命が短くなります。
熱管理の主な目的は、バッテリー パックを常に適切な温度範囲内で動作させ、バッテリー パックの最適な動作状態を維持することです。バッテリーの熱管理システムには主に、放熱、予熱、温度均一化の 3 つの機能が含まれます。放熱と予熱は主に、外部環境温度がバッテリーに及ぼす影響を考慮して調整されます。温度均一化は、バッテリーパック内の温度差を減らし、バッテリーの特定部分の過熱によって引き起こされる急速な劣化を防ぐために使用されます。
現在市販されている電気自動車に使用されているバッテリーの熱管理システムは、主に空冷式と液冷式の 2 つのカテゴリに分類されます。
空冷熱管理システムの原理はコンピューターの放熱原理に似ており、バッテリーパックの一方のセクションに冷却ファンが取り付けられ、もう一方の端には通気口があり、バッテリーパック間の空気の流れを促進します。ファンの働きによりバッテリーを冷却し、バッテリーの動作中に放出される熱を奪います。
空冷とは端的に言えば電池パックの側面にファンを付け、そのファンを吹き付けることで電池パックを冷却することですが、ファンから送られる風は外的要因の影響を受け、空冷の効率も変わってきます。外気温が高くなると減少します。暑い日に扇風機をあてても涼しくならないのと同じです。空冷のメリットは構造が簡単でコストが安いことです。
液冷は、作業中にバッテリーから発生する熱をバッテリーパック内の冷媒パイプライン内の冷媒を通して奪い、バッテリー温度を下げる効果をもたらします。実際の使用効果から、液体媒体は熱伝達係数が高く、熱容量が大きく、冷却速度が速いため、Xiaopeng G3 は冷却効率の高い液体冷却システムを使用しています。
液冷の原理を簡単に説明すると、バッテリーパック内に水パイプを配置することです。電池パックの温度が高くなりすぎると、水道管に冷水を流し、冷水によって熱を奪って冷却します。バッテリーパックの温度が低すぎる場合は、バッテリーパックを加熱する必要があります。
車両の激しい運転や急速充電を行うと、バッテリーの充放電時に多量の熱が発生します。バッテリー温度が高すぎる場合、コンプレッサーをオンにし、バッテリー熱交換器の冷却パイプ内の冷却液を低温の冷媒が流れます。低温の冷却液がバッテリーパックに流入して熱を奪い、バッテリーが最適な温度範囲を維持できるようにすることで、車の使用中のバッテリーの安全性と信頼性が大幅に向上し、充電時間が短縮されます。
極寒の冬には、気温が低いため、リチウム電池の活性が低下し、電池の性能が大幅に低下し、高出力の放電や急速充電ができなくなります。このとき、温水器をオンにしてバッテリー回路内の冷却水を加熱し、高温の冷却水によりバッテリーが加熱されます。これにより、車両は急速充電機能と低温環境での長い航続距離も確保されます。
電気駆動電子制御と高出力電気部品の冷却熱放散
新エネルギー車は総合的な電動化機能を実現し、燃料動力から電力系統に切り替わりました。パワーバッテリーは最大 370V DC 電圧を出力し、車両に電力を供給し、冷却および加熱し、車両のさまざまな電気コンポーネントに電力を供給します。車両の走行中、高出力の電装品（モーター、DCDC、モーターコントローラーなど）は多量の熱を発生します。電力機器の高温は、車両の故障、電力制限、さらには安全上の問題を引き起こす可能性があります。車両の熱管理では、車両の高出力電気コンポーネントが安全な動作温度範囲内に収まるように、発生した熱を適時に放散する必要があります。
G3 電気駆動電子制御システムは、熱管理のために液体冷却熱放散を採用しています。電子ポンプ駆動システムのパイプライン内の冷却水は、モーターやその他の加熱装置を通って電気部品の熱を奪った後、車両のフロントインテークグリルにあるラジエーターを通って流れ、電子ファンがオンになります。高温になったクーラントを冷却します。
熱管理産業の将来の発展についてのいくつかの考え
低エネルギー消費:
空調による大量の電力消費を削減するため、ヒートポンプ空調が徐々に注目を集めています。一般的なヒートポンプシステム（冷媒にR134aを使用）は極低温（-10℃以下）など使用環境に制限がありますが、° C) 高温環境での冷凍は機能しません。通常の電気自動車のエアコンと変わりません。ただし、中国のほとんどの地域では、春と秋の季節（周囲温度）はエアコンのエネルギー消費量を効果的に削減でき、エネルギー効率は電気ヒーターの 2 ～ 3 倍です。
低ノイズ：
電気自動車にはエンジンという騒音源がなくなり、冷凍用エアコンをオンにした際のコンプレッサーやフロントエンドの電子ファンの動作により発生する騒音がユーザーから苦情を受けやすくなりました。高効率で静かな電子ファン製品と大容量コンプレッサーにより、冷却能力を高めながら運転騒音を低減します。
低コスト：
熱管理システムの冷却および加熱方法は、ほとんどが液体冷却システムを使用しており、低温環境でのバッテリー加熱やエアコン加熱の熱需要が非常に大きくなります。現在の解決策は、電気ヒーターを増やして熱生成を増やすことであり、これは部品コストとエネルギー消費量の増加をもたらします。バッテリーの厳しい温度要件を解決または軽減するバッテリー技術のブレークスルーがあれば、熱管理システムの設計とコストが大幅に最適化されるでしょう。車両の走行中にモーターから発生する廃熱を効率的に利用することで、熱管理システムのエネルギー消費量の削減にもつながります。逆に言えば、バッテリー容量の削減、航続距離の向上、車両コストの削減です。
知的：
電気自動車の開発トレンドは高度な電動化であり、従来のエアコンは冷暖房機能のみに限定され、インテリジェント化が進んでいます。エアコンは、ファミリーカーなどのユーザーの車の習慣に基づいてビッグデータをサポートするようにさらに改良され、車に乗った後のさまざまな人にエアコンの温度をインテリジェントに適応させることができます。車内の温度が快適な温度になるよう、お出かけ前にエアコンをONにしてください。インテリジェント電動吹出口は、車内の人数、位置、車体の大きさに応じて吹出口の方向を自動的に調整します。
投稿日時: 2023 年 10 月 20 日