전기자동차 열관리 연구 경과
시스템 통합 기술
1. 열관리 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 난방을 위한 열원을 제공하기 위한 추가 장비가 필요합니다. 현재 일반적으로 사용되는 전기 자동차 난방 방식에는 PTC(정온도계수) 전기 히터 난방과 히트펌프 공조 난방이 있습니다.
1.1 단일 냉각 에어컨 + PTC
PTC 전기 히터의 서미스터 저항은 온도가 증가함에 따라 증가하여 가열 전력이 감소하므로 PTC 서미스터는 일정한 온도 특성을 갖습니다. PTC 히팅 시스템의 단순한 구성과 저렴한 가격으로 인해 대부분의 초기 전기 자동차는 단일 냉각 공조 냉동 및 PTC 전기 히터 히팅을 사용하여 실내의 냉난방 요구 사항을 충족했습니다. 그림 1은 단일 냉각 에어컨 + PTC의 시스템 구성도이다. 여름철 냉방 중에는 공기 덕트에 배열된 증발기를 사용하여 열을 흡수하여 냉방 목적을 달성합니다. 난방에는 두 가지 옵션이 있습니다. 하나는 그림 1(a)와 같이 에어컨 박스의 환기 덕트에 PTC를 직접 배치하는 것입니다. 난방이 필요한 경우 PTC에 전원이 공급되고 가열된 공기 덕트의 공기가 실내로 전달됩니다. 다른 하나는 그림 1(b)와 같이 물 PTC가 냉매를 가열하고, 냉매는 공기 덕트에 배열된 따뜻한 공기 코어로 흘러 들어가 공기 덕트의 공기를 간접적으로 가열하여 난방 수요를 충족시킵니다.
1.2 히트펌프 에어컨 + PTC
PTC는 전기 난방을 사용하고 난방 효율이 1보다 작기 때문에 이 난방 방식을 사용하면 전기 자동차의 주행 거리를 50% 정도 줄일 수 있습니다. 히트펌프의 이론적 효율은 1보다 크며, PTC 난방 대신 히트펌프를 사용하는 것이 발전 추세가 되었습니다.
전자기 4방향 역전 밸브와 3개의 열 교환기를 사용하는 히트펌프 공조 + PTC 시스템입니다. 히트펌프 에어컨 시스템은 밸브 본체의 스위치를 통해 시스템 냉방, 난방, 제습, 제상 및 기타 모드의 전환을 실현합니다. 4 방향 역전 밸브는 가정용 에어컨 분야에서 널리 사용되었습니다. 그림 2(a)와 같이 전기 자동차의 히트펌프 공조 시스템에 적용하면 시스템 냉방 및 난방 중 냉매 역전 문제를 잘 해결할 수 있습니다. 이 시스템 솔루션은 부품 수가 적고 구조가 간단하며 비용이 저렴합니다. 그러나 4방향 반전 밸브는 구리-알루미늄 용접 공정이 어렵고 쉽게 부식되는 등의 결함이 있다. 고압측과 저압측에 블로바이 가스가 있어 시스템 성능에 영향을 미칩니다. 승용차 히트펌프 공조시스템은 대부분 실외 열교환기 1개와 실내 열교환기 2개로 구성된 3열 교환기 솔루션을 사용하고 있으며, 모드 전환은 그림 2(b)와 같이 여러 개의 솔레노이드 밸브를 통해 수행된다.
1.3 히트펌프 에어컨 + 폐열회수 + PTC
우리나라는 영토가 넓고 온도대가 넓기 때문에 히트펌프 에어컨의 온도범위를 확대할 필요가 있습니다. 모터와 배터리의 폐열은 겨울철 귀중한 열원입니다. 많은 제조업체와 과학 연구 기관에서는 히트펌프 에어컨의 사용 범위를 확대하기 위해 이 열을 보조 열원으로 회수하는 것을 고려하고 있습니다.
그림 3은 히트펌프 공조 + 폐열회수 + PTC를 이용한 전기자동차 열관리 시스템의 구성도이다. 이 시스템은 객실 냉동, 난방, 성에 제거, 김서림 제거, 제습 등의 기능을 구현할 수 있으며, 배터리를 가열하거나 냉각하고 모터를 구동할 수도 있습니다. 또한, 배터리 및 구동 모터의 폐열 회수도 가능합니다. 이 시스템의 작동 원리는 다음과 같습니다. 실내의 냉방, 난방, 제습, 성에 제거 및 성에 제거 기능은 냉매 회로의 솔레노이드 밸브 스위치 조합을 통해 구현됩니다. 증발기와 병렬로 연결된 배터리 냉각기(Chiller)가 냉매 회로에 추가됩니다. ), 배터리 또는 구동 모터에 냉각 요구 사항이 있는 경우 냉매는 냉각기를 통과하여 2차 회로의 2차 냉매를 냉각합니다. 배터리나 구동 모터의 열 방출이 크게 필요하지 않은 경우 3방향 밸브의 상태를 전환하여 2차 냉매를 제어할 수 있습니다. 흐름 방향에 따라, 저온 라디에이터를 통해 열이 차량 외부로 방출되어 배터리나 구동 모터를 냉각시키는 단계; 배터리에 가열이 필요할 때 PTC는 가열에 에너지를 공급하고 냉매 측의 3방향 밸브 조정을 통해 가열 기능을 실현합니다. 환경 온도가 낮을 때 히트펌프 에어컨을 사용할 수 없고 배터리나 구동 모터가 열을 방출해야 할 때, 2차 냉매는 배터리나 구동 모터 측에서 방출해야 하는 열을 흡수하여 세 개의 냉매를 통해 흐릅니다. -way 밸브를 통해 냉각기를 통과하여 냉매측으로 열을 교환합니다. 실내를 가열하면 시스템의 작동 온도 범위가 확장되고 시스템의 에너지 효율성이 향상됩니다.