Requisiti tecnici dei sistemi di gestione termica
per veicoli elettrici puri
La fonte di freddo, la fonte di calore e le altre fonti di energia del sistema di climatizzazione dei veicoli elettrici puri provengono tutte dal sistema di batterie. Nei veicoli puramente elettrici, l’aria condizionata non influisce direttamente solo sul comfort di guida, ma anche sull’autonomia.
Il sistema di climatizzazione di un veicolo puramente elettrico non deve fornire solo funzioni di raffreddamento/riscaldamento, ma deve anche tenere conto del consumo energetico del sistema, aumentandone così la complessità. Grazie al cambiamento della tipologia di potenza, il compressore scroll elettrico utilizzato nel climatizzatore dei veicoli elettrici ha migliorato significativamente il valore e l'efficienza volumetrica rispetto ai compressori tradizionali. Attualmente, i veicoli elettrici utilizzano principalmente riscaldatori PTC per il riscaldamento, che riducono notevolmente l’autonomia di guida in inverno. In futuro si prevede l’adozione graduale di sistemi di climatizzazione a pompa di calore con maggiore efficienza di riscaldamento.
Il sistema di gestione termica dei veicoli a nuova energia deve soddisfare i requisiti di climatizzazione dell'abitacolo (raffreddamento, riscaldamento, disappannamento, ecc.), controllo della temperatura del pacco batteria e dissipazione del calore del motore e del controller. Sulla base dei requisiti di gestione completa dell'energia del veicolo, compattezza e design leggero, i sistemi di gestione termica automobilistica si stanno gradualmente sviluppando verso la gestione termica integrata del veicolo.
In generale, i sistemi di gestione termica automobilistica comprendono principalmente sistemi di raffreddamento del motore, sistemi di condizionamento dell'aria e sistemi di gestione termica della batteria. Funzionalmente è diviso in due componenti principali: l'impianto termico del vano motore e l'impianto termico dell'abitacolo, con tre cicli principali: ciclo motore, ciclo di climatizzazione e ciclo intercooler. Il ciclo di raffreddamento del motore è relativamente semplice e comprende motore, radiatore, termostato e pompa dell'acqua. Il ciclo di climatizzazione è costituito principalmente dal condensatore, dal compressore e dalla valvola di espansione. La funzione del sistema intercooler turbo è quella di aumentare il volume dell'aria aspirata del motore per migliorarne le caratteristiche di potenza. Il problema è che la temperatura dell'aria pressurizzata dal turbocompressore è molto alta; entrare direttamente nel motore accelererebbe l'invecchiamento dell'olio lubrificante del motore, richiedendo all'intercooler di abbassare la temperatura dell'aria aspirata.
1) Sistema di condizionamento dell'aria: i tradizionali veicoli a benzina utilizzano un compressore-azionato dal motore per il condizionamento dell'aria, mentre i veicoli a nuova energia possono utilizzare solocompressori elettrici. Nei veicoli a benzina, i processi di condizionamento dell'aria e di raffreddamento del motore sono relativamente indipendenti, mentre nei veicoli a nuova energia i tre-sistemi di raffreddamento elettrici sono strettamente collegati e generalmente condividono una fonte di freddo con il sistema di raffreddamento della batteria. Nei veicoli a benzina, il motore funge da fonte di calore, utilizzando una pompa dell’acqua per azionare la circolazione dell’acqua per il riscaldamento. Attualmente, la maggior parte dei veicoli a nuova energia utilizza il riscaldamento elettrico, ma la tendenza futura è verso sistemi di climatizzazione a pompa di calore più efficienti dal punto di vista energetico.
(2) Gestione termica della batteria:L'intervallo di temperatura operativa ottimale per le batterie di alimentazione è di 20–30 gradi. A basse temperature, la capacità della batteria è inferiore e le prestazioni di carica/scarica sono scarse; a temperature elevate, la durata del ciclo della batteria si riduce e temperature eccessivamente elevate possono persino portare a problemi di sicurezza come esplosioni. Più celle della batteria sono collegate in serie e in parallelo per formare un pacco batteria e il calore generato durante la carica e lo scaricamento si influenza a vicenda. Il mantenimento del pacco batteria entro un intervallo di temperatura ragionevole richiede un complesso sistema di gestione termica della batteria.
(3) Gestione termica del motore e del sistema di controllo elettronico: i motori e i componenti di controllo elettronico dei veicoli a nuova energia hanno elevati requisiti di dissipazione del calore durante il funzionamento e solitamente richiedono un raffreddamento attivo. Questi componenti spesso richiedono solo dispositivi di raffreddamento.
