Os condicionadores de ar com bomba de calor tradicionais apresentam baixa eficiência de aquecimento e capacidade insuficiente em ambientes frios, o que restringe os cenários de aplicação de veículos elétricos. Portanto, uma série de métodos para melhorar o desempenho dos condicionadores de ar com bomba de calor em condições de baixa temperatura foram desenvolvidos e aplicados. Ao aumentar racionalmente o circuito secundário de troca de calor, enquanto se resfria a bateria e o sistema do motor, o calor residual é reciclado para melhorar a capacidade de aquecimento dos veículos elétricos em baixas temperaturas. Os resultados experimentais mostram que a capacidade de aquecimento do condicionador de ar com bomba de calor de recuperação de calor residual é significativamente melhorada em comparação com o condicionador de ar com bomba de calor tradicional. A bomba de calor de recuperação de calor residual, com um grau de acoplamento mais profundo de cada subsistema de gerenciamento térmico e um sistema de gerenciamento térmico do veículo com maior grau de integração, foi aplicada no Tesla Model Y e no Volkswagen ID.4 CROZZ, entre outros modelos (como mostrado à direita). No entanto, quando a temperatura ambiente é baixa e a quantidade de calor residual recuperado é menor, a recuperação de calor residual por si só não consegue atender à demanda de capacidade de aquecimento em ambientes de baixa temperatura, sendo ainda necessário o uso de aquecedores PTC para compensar a falta de capacidade de aquecimento nesses casos. No entanto, com a melhoria gradual do nível de integração da gestão térmica dos veículos elétricos, é possível aumentar a quantidade de recuperação de calor residual, aumentando de forma racional o calor gerado pelo motor, aumentando assim a capacidade de aquecimento e o COP (coeficiente de desempenho) do sistema de bomba de calor e evitando o uso de...aquecedor de líquido refrigerante PTC/Aquecedor de ar PTCAo mesmo tempo que reduz ainda mais a taxa de ocupação do espaço do sistema de gestão térmica, atende à demanda de aquecimento de veículos elétricos em ambientes de baixa temperatura. Além da recuperação e utilização do calor residual das baterias e dos sistemas do motor, a utilização do ar de retorno também é uma forma de reduzir o consumo de energia do sistema de gestão térmica em condições de baixa temperatura. Os resultados da pesquisa mostram que, em ambientes de baixa temperatura, medidas adequadas de utilização do ar de retorno podem reduzir a capacidade de aquecimento necessária para veículos elétricos em 46% a 62%, evitando o embaçamento e o congelamento dos vidros, e podem reduzir o consumo de energia para aquecimento em até 40%. A Denso Japão também desenvolveu uma estrutura de dupla camada de ar de retorno/ar fresco correspondente, que pode reduzir a perda de calor causada pela ventilação em 30%, além de prevenir o embaçamento. Nesta fase, a adaptabilidade ambiental da gestão térmica de veículos elétricos em condições extremas está melhorando gradualmente e evoluindo na direção da integração e da sustentabilidade.
Para melhorar ainda mais a eficiência do gerenciamento térmico da bateria em condições de alta potência e reduzir a complexidade desse gerenciamento, o método de controle de temperatura por resfriamento e aquecimento direto, que consiste na injeção direta de fluido refrigerante no conjunto de baterias para troca de calor, é uma solução técnica atual. A configuração de gerenciamento térmico com troca de calor direta entre o conjunto de baterias e o fluido refrigerante é mostrada na figura à direita. A tecnologia de resfriamento direto pode melhorar a eficiência e a taxa de troca de calor, obter uma distribuição de temperatura mais uniforme dentro da bateria, reduzir o circuito secundário e aumentar a recuperação de calor residual do sistema, melhorando assim o desempenho do controle de temperatura da bateria. No entanto, devido à tecnologia de troca de calor direta entre a bateria e o fluido refrigerante, o resfriamento e o aquecimento precisam ser intensificados pelo funcionamento do sistema de bomba de calor. Por um lado, o controle de temperatura da bateria é limitado pelo acionamento e desligamento do sistema de ar condicionado com bomba de calor, o que tem um certo impacto no desempenho do circuito de refrigeração. Por outro lado, também limita o uso de fontes naturais de resfriamento em estações de transição, portanto, essa tecnologia ainda precisa de mais pesquisas, aprimoramento e avaliação de aplicação.
Progresso da pesquisa de componentes-chave
O sistema de gerenciamento térmico do veículo elétrico (HVCHUm sistema de bomba de calor é composto por múltiplos componentes, incluindo principalmente compressores elétricos, válvulas eletrônicas, trocadores de calor, tubulações diversas e reservatórios de líquido. Dentre eles, o compressor, a válvula eletrônica e o trocador de calor são os componentes principais do sistema. Com a crescente demanda por veículos elétricos leves e o aprofundamento do grau de integração dos sistemas, os componentes de gerenciamento térmico desses veículos também estão se desenvolvendo na direção de leveza, integração e modularidade. Para melhorar a aplicabilidade dos veículos elétricos em condições extremas, componentes capazes de operar normalmente sob essas condições e que atendam aos requisitos de desempenho do gerenciamento térmico automotivo estão sendo desenvolvidos e aplicados.
Data da publicação: 04/04/2023
