Panoramica dei sistemi di raffreddamento nei veicoli a nuova energia
I. Panoramica dei sistemi di raffreddamento
Il sistema di raffreddamento di un veicolo a nuova energia, descritto più accuratamente come sistema di gestione termica, ha il compito principale di garantire che i componenti chiave come la batteria, il motore e il sistema di controllo elettronico funzionino entro il loro intervallo di temperatura ottimale per garantire la sicurezza, le prestazioni, la durata e l’autonomia del veicolo.
1. Sicurezza: previene l'instabilità termica causata dal surriscaldamento della batteria.
2. Prestazioni: garantisce che il sistema di azionamento elettrico non limiti la potenza erogata a causa del surriscaldamento in caso di carichi elevati (come accelerazione rapida e guida ad alta-velocità).
3. Durata: il mantenimento della temperatura della batteria entro un intervallo ideale (in genere intorno ai 30 gradi) rallenta significativamente il degrado della capacità della batteria.
4. Autonomia: un'efficiente gestione termica riduce il consumo di energia per il riscaldamento o il raffreddamento e fa un uso razionale del calore di scarto, aumentando così l'autonomia effettiva.
II. Composizione e funzioni del sistema di gestione termica
Il sistema di gestione termica di un veicolo a nuova energia è tipicamente composto dai seguenti sottosistemi accoppiati tra loro:
1. Sistema di gestione termica della batteria di alimentazione
Questo è l’aspetto centrale e più impegnativo dell’intero sistema.
(1) Obiettivo:Per mantenere una temperatura uniforme del pacco batteria e mantenerlo entro la finestra operativa ottimale in un ambiente esterno compreso tra -30 gradi e 55 gradi.
(2) Metodi di raffreddamento:
① Raffreddamento ad aria: struttura semplice e basso costo, ma bassa efficienza di raffreddamento e scarsa uniformità della temperatura; utilizzato principalmente nei modelli di fascia alta o-bassa.
② Raffreddamento a liquido: attualmente la soluzione tradizionale. Lo scambio di calore avviene attraverso il liquido refrigerante che scorre attraverso le piastre di raffreddamento a liquido all'interno del pacco batteria. Alta efficienza, buona uniformità della temperatura e supporta ricarica rapida e potenza elevata.
③ Raffreddamento diretto (raffreddamento con refrigerante): utilizza il refrigerante dell'aria condizionata per evaporare direttamente e assorbire il calore all'interno del pacco batteria; la velocità di raffreddamento più elevata, ma il sistema è complesso e costoso.
(3) Metodi di riscaldamento:
① Riscaldatore PTC: diviso in PTC riscaldato ad aria- (riscaldamento dell'aria) e PTC riscaldato ad acqua-(riscaldamento refrigerante). Quest'ultimo è attualmente più mainstream e può essere integrato con il sistema di raffreddamento a liquido.
② Integrazione dell'aria condizionata con pompa di calore: assorbe il calore dall'ambiente; il suo rapporto di efficienza energetica è molto più elevato di quello del PTC, rendendola una tecnologia chiave per migliorare l'autonomia invernale.
2. Sistema di gestione termica del motore e del controllo elettrico
(1) Obiettivo: dissipare il calore dai componenti ad alta-potenza come il motore, il controller del motore (inverter) e il-caricatore di bordo, prevenendo il degrado delle prestazioni o danni dovuti alle alte temperature.
(2) Metodo: viene utilizzato principalmente il raffreddamento a liquido. Solitamente condivide un circuito di raffreddamento con il sistema di raffreddamento a liquido della batteria, ma è ramificato e controllato tramite valvole, scambiatori di calore e altri componenti.
3. Sistema di gestione termica dell'aria condizionata (cockpit).
(1) Obiettivo: fornire raffreddamento e riscaldamento all'abitacolo.
(2) Raffreddamento: simile alle automobili tradizionali, utilizza un compressore elettrico per realizzare il ciclo di raffreddamento.
(3) Riscaldamento:
① Riscaldamento PTC: una soluzione anticipata, che fornisce un riscaldamento rapido ma con un consumo energetico estremamente elevato, con un grave impatto sull'autonomia invernale.
② Aria condizionata a pompa di calore: l'attuale tendenza di sviluppo-di fascia alta e mainstream. Utilizza una valvola di inversione a quattro-vie per commutare il flusso del refrigerante, "trasferendo" il calore dall'aria esterna a bassa-temperatura all'interno del veicolo, ottenendo un rapporto di efficienza energetica 2-3 volte superiore rispetto al PTC.
III. Principali modalità operative
1. Funzionamento estivo ad alta-temperatura
(1) La batteria/motore richiede la dissipazione del calore, la cabina richiede il raffreddamento.
(2) Il sistema dà priorità all'aria condizionata per il raffreddamento della cabina e utilizza il sistema di refrigerazione per un raffreddamento efficiente della batteria.
(3) Il calore del motore viene dissipato attraverso un radiatore-a bassa temperatura.
2. Funzionamento invernale a bassa temperatura- (senza pompa di calore)
(1) La batteria richiede riscaldamento, la cabina richiede riscaldamento.
(2) Si basa principalmente su un PTC ad alta-potenza, con conseguente consumo energetico estremamente elevato e portata notevolmente ridotta.
3. Funzionamento invernale a bassa temperatura- (con pompa di calore + recupero del calore residuo)
(1) Modalità ideale. La pompa di calore estrae calore dall'ambiente per la cabina.
(2) Il calore di scarto del sistema di trazione elettrica viene raccolto e prioritario per il riscaldamento della batteria; il calore residuo contribuisce al riscaldamento dell'abitacolo.
(3) Riduce significativamente la frequenza di utilizzo del PTC, migliorando efficacemente l'autonomia invernale.
4. Operazione di ricarica rapida
(1) La carica ad alta-corrente genera una grande quantità di calore, richiedendo un raffreddamento attivo.
(2) Il sistema avvia il condizionatore d'aria e utilizza il sistema di raffreddamento per raffreddare la batteria per garantire velocità e sicurezza di ricarica.
