전기차 열관리 연구 진행
시스템 통합 기술
열 관리 시스템 소개
전기 자동차의 열 관리 시스템은 기존 연료 자동차의 열 관리 시스템에서 진화했으며, 시스템 구성도 각 열 관리 루프의 상대적 독립성에서 통합 방향으로 점차 발전해 왔습니다. 활용할 엔진 폐열이 없기 때문에 실내 난방 시 열원을 제공하기 위한 추가 장비가 필요합니다. 현재 전기 자동차에 일반적으로 사용되는 난방 방법에는 정온도 계수(Positive Temp Coefficient, PTC) 전기 히터 난방과 히트펌프 공조 난방이 있습니다.
단일냉각 에어컨 + PTC
PTC 전기 히터의 서미스터 저항은 온도가 높아질수록 증가하여 화력이 감소합니다. 따라서 PTC 서미스터는 일정한 온도 특성을 갖습니다. PTC 히팅 시스템의 단순한 구성과 저렴한 가격으로 인해 초기 PTC 히팅 시스템 대부분의 전기 자동차는 실내의 냉난방 요구 사항을 충족하기 위해 단일 냉각 공조 냉동 및 PTC 전기 히터 히팅을 사용합니다.
여름에 냉방하는 동안 공기 덕트에 배열된 증발기는 냉방 목적을 달성하기 위해 열을 흡수하는 데 사용됩니다. 난방에는 두 가지 옵션이 있습니다. 하나는 에어컨 박스의 공기 덕트에 직접 공기 PTC를 배치하는 것입니다. 난방이 필요할 때 PTC에 전원이 공급되어 공기를 가열합니다. 덕트의 공기가 객실로 유입됩니다. 또 다른 유형은 물 PTC를 사용하여 2차 냉매를 가열하고, 2차 냉매는 공기 덕트에 배열된 따뜻한 공기 코어로 흘러 들어가 공기 덕트의 공기를 간접적으로 가열하여 난방 수요를 충족시킵니다.
히트펌프 에어컨+PTC
PTC는 난방을 위해 전기 난방을 이용하기 때문에 난방 효율이 1보다 작아서 이 난방 방식을 사용하면 전기차의 주행 가능 거리를 50% 정도 줄일 수 있다. 히트펌프의 이론적 효율은 1보다 크기 때문에 PTC 난방을 대체하기 위해 히트펌프를 사용하는 것이 발전 추세가 되었습니다. ｡ZHANG 등의 연구 결과. [18]은 히트펌프 시스템이 PTC 히터 시스템에 비해 41.3%의 에너지를 절약할 수 있음을 보여준다. 현재 대부분의 전기차는 R134a를 작동유체로 사용하고 있기 때문에 주변온도가 -10도 이하로 낮아지면 히트펌프 시스템의 효율과 신뢰성이 떨어지므로 보조난방을 위한 PTC 전기히터가 여전히 필요하다.
히트펌프 에어컨 시스템은 밸브 본체의 스위치를 통해 시스템 냉동, 난방, 제습, 제상 및 기타 모드의 전환을 실현합니다. 4 방향 역전 밸브는 가정용 에어컨 분야에서 널리 사용되어 왔으며 전기 자동차의 히트 펌프 에어컨 시스템에 적용할 수 있습니다. 시스템 냉방 및 난방 중 냉매 역전 문제에 대한 좋은 솔루션입니다. 이 시스템 솔루션은 부품 수가 적고 구조가 간단하며 비용이 저렴합니다. 그러나 4방향 반전 밸브는 구리-알루미늄 용접 공정이 어렵고 쉽게 부식됩니다. 고압 및 저압 측면에 에어 블로우 바이 등의 결함이 있어 시스템 성능에 영향을 미칩니다. 승용차 히트펌프 공조시스템은 대부분 실외 열교환기 1개와 실내 열교환기 2개로 구성된 3열 교환기 솔루션을 사용하고 있으며, 모드 전환은 다수의 솔레노이드 밸브를 통해 이루어진다.
R134a 냉매를 사용하는 히트펌프 에어컨 시스템은 주변 온도가 0도 이상일 때 실내를 빠르게 가열할 수 있습니다. 그러나 더 낮은 온도에서 작동할 경우 냉매 질량 흐름의 감소로 인해 증발 열 흡수 용량이 약해집니다. 동시에 흡입 압력이 감소합니다. , 압축기 압력비가 증가하여 효율성이 감소하고 시스템 성능이 약화됩니다. 연구에 따르면 주변 온도가 -10도인 경우 R134a 냉매를 사용하는 히트펌프 에어컨 시스템의 난방 용량이 실내 난방 수요를 충족할 수 없을 정도로 심각하게 약화되는 것으로 나타났습니다. 이때 시스템의 난방 요구 사항을 충족하려면 PTC 전기 히터를 사용하여 냉매를 가열해야 합니다. 왕잉 외. 는 실험적 방법을 사용하여 4방향 밸브와 3개 열교환기 시스템의 작동 특성을 비교했습니다. 연구 결과에 따르면 3개의 열교환기 시스템이 제상에 더 나은 것으로 나타났습니다. ､제습에 더 많은 장점이 있으며 4방향 밸브 시스템의 에너지 효율은 3열 교환 시스템보다 7%~15% 더 높습니다.
히트펌프 에어컨 + 폐열회수 + PTC
우리나라는 국토가 넓고 온도대가 넓기 때문에 히트펌프 에어컨의 사용 온도 범위를 확대할 필요가 있습니다. 모터와 배터리의 폐열은 겨울철 귀중한 열원입니다. 많은 제조업체와 과학 연구 기관에서는 히트펌프 에어컨의 적용 범위를 확장하기 위해 이 열 부분을 보조 열원으로 재활용하는 것을 고려하고 있습니다.
이 시스템은 실내 냉방, 난방, 성에 제거, 김서림 제거, 제습 등의 기능을 실현할 수 있습니다. 또한 배터리를 가열하거나 냉각하고 모터를 구동할 수도 있습니다. 또한 배터리와 구동 모터에서 폐열을 회수할 수도 있습니다. 시스템의 작동 원리는 다음과 같습니다. 실내의 냉방, 난방, 제습, 성에 제거 및 성에 제거 기능은 냉매 회로의 솔레노이드 밸브 스위치 조합을 통해 실현됩니다. 증발기와 병렬로 연결된 배터리 냉각기(Chiller)가 냉매 회로에 추가됩니다. 배터리 또는 드라이버 모터에 냉각이 필요할 때 냉매는 칠러 냉각 2차 회로의 2차 냉매를 통해 흐릅니다. 배터리나 구동 모터의 방열이 크게 필요하지 않은 경우 3방향 밸브의 상태를 전환하여 2차 냉매의 흐름을 제어하여 저온을 통해 열을 전달하는 라디에이터가 외부로 배출됩니다. 배터리를 식히거나 모터를 구동하는 차량; 배터리에 가열이 필요할 때 PTC는 가열에 에너지를 공급하고 냉매 측의 3방향 밸브 조정을 통해 가열 기능을 실현합니다. 주변 온도가 낮을 때 히트펌프는 에어컨을 사용할 수 없고 배터리나 구동 모터의 방열이 필요할 때 배터리나 구동 모터 측에서 방출해야 하는 열을 2차 냉매가 흡수합니다. 3방향 밸브를 거쳐 칠러(Chiller)를 통과하며 냉매측으로 열을 교환하여 실내를 가열합니다. 시스템의 작동 온도 범위가 증가하고 시스템의 에너지 효율이 향상됩니다.
