1. Yêu cầu về quản lý nhiệt cho xe điện (HVCH)
Khoang hành khách là không gian môi trường nơi người lái sinh hoạt khi xe đang vận hành. Để đảm bảo môi trường lái xe thoải mái cho người lái, việc quản lý nhiệt độ trong khoang hành khách cần kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và nhiệt độ không khí cấp vào của môi trường bên trong xe. Các yêu cầu về quản lý nhiệt độ trong khoang hành khách dưới các điều kiện khác nhau được thể hiện trong Bảng 1.
Kiểm soát nhiệt độ pin là điều kiện tiên quyết quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn của xe điện. Khi nhiệt độ quá cao, sẽ gây rò rỉ chất lỏng và tự bốc cháy, ảnh hưởng đến an toàn lái xe; khi nhiệt độ quá thấp, dung lượng sạc và xả của pin sẽ bị suy giảm ở một mức độ nhất định. Do mật độ năng lượng cao và trọng lượng nhẹ, pin lithium đã trở thành loại pin được sử dụng rộng rãi nhất cho xe điện. Yêu cầu kiểm soát nhiệt độ của pin lithium và tải nhiệt của pin trong các điều kiện khác nhau được ước tính theo tài liệu tham khảo được thể hiện trong Bảng 2. Với sự gia tăng dần mật độ năng lượng của pin, sự mở rộng phạm vi nhiệt độ của môi trường làm việc và tốc độ sạc nhanh hơn, tầm quan trọng của việc kiểm soát nhiệt độ pin trong hệ thống quản lý nhiệt ngày càng trở nên nổi bật, không chỉ để đáp ứng các điều kiện đường xá khác nhau và các chế độ sạc và xả khác nhau. Việc điều khiển nhiệt độ thay đổi theo điều kiện hoạt động của xe, sự đồng nhất của trường nhiệt độ giữa các bộ pin và việc phòng ngừa, kiểm soát hiện tượng quá nhiệt cũng cần đáp ứng tất cả các yêu cầu điều khiển nhiệt độ trong các điều kiện môi trường khác nhau như vùng cực lạnh, vùng nhiệt độ cao và độ ẩm cao, vùng mùa hè nóng và vùng mùa đông lạnh.
2. Giai đoạn gia nhiệt PTC đầu tiên
Trong giai đoạn đầu của quá trình công nghiệp hóa xe điện, công nghệ cốt lõi về cơ bản dựa trên việc thay thế pin, động cơ và các hệ thống năng lượng khác, dựa trên những cải tiến dần dần. Hệ thống điều hòa không khí của xe điện thuần túy và hệ thống điều hòa không khí của xe chạy bằng nhiên liệu đều thực hiện chức năng làm lạnh thông qua chu trình nén hơi. Sự khác biệt giữa hai loại là máy nén điều hòa không khí của xe chạy bằng nhiên liệu được dẫn động gián tiếp bởi động cơ thông qua dây đai, trong khi xe điện thuần túy sử dụng trực tiếp máy nén dẫn động bằng điện để dẫn động chu trình làm lạnh. Khi xe chạy bằng nhiên liệu được sưởi ấm vào mùa đông, nhiệt thải của động cơ được sử dụng trực tiếp để sưởi ấm khoang hành khách mà không cần nguồn nhiệt bổ sung. Tuy nhiên, nhiệt thải của động cơ xe điện thuần túy không thể đáp ứng nhu cầu sưởi ấm mùa đông. Do đó, sưởi ấm mùa đông là một vấn đề mà xe điện thuần túy cần giải quyết. Bộ sưởi có hệ số nhiệt độ dương (PTC) bao gồm phần tử gia nhiệt bằng gốm PTC và ống nhôm (Bộ gia nhiệt nước làm mát PTC/máy sưởi không khí PTC), có ưu điểm là điện trở nhiệt nhỏ và hiệu suất truyền nhiệt cao, và được sử dụng trong khung gầm của xe chạy bằng nhiên liệu. Do đó, các xe điện đời đầu đã sử dụng hệ thống làm lạnh bằng chu trình nén hơi kết hợp với hệ thống sưởi PTC để quản lý nhiệt độ khoang hành khách.
2.1 Ứng dụng công nghệ bơm nhiệt trong giai đoạn thứ hai
Trong thực tế sử dụng, xe điện có nhu cầu tiêu thụ năng lượng sưởi ấm cao vào mùa đông. Về mặt nhiệt động lực học, hệ số hiệu suất (COP) của hệ thống sưởi PTC luôn nhỏ hơn 1, dẫn đến mức tiêu thụ điện năng cao và tỷ lệ sử dụng năng lượng thấp, điều này hạn chế nghiêm trọng quãng đường di chuyển của xe điện. Công nghệ bơm nhiệt sử dụng chu trình nén hơi để tận dụng nhiệt độ thấp trong môi trường, và COP lý thuyết trong quá trình sưởi ấm lớn hơn 1. Do đó, việc sử dụng hệ thống bơm nhiệt thay vì PTC có thể tăng phạm vi hoạt động của xe điện trong điều kiện sưởi ấm. Với sự cải thiện hơn nữa về dung lượng và công suất của pin, tải nhiệt trong quá trình hoạt động của pin cũng dần tăng lên. Cấu trúc làm mát bằng không khí truyền thống không thể đáp ứng yêu cầu kiểm soát nhiệt độ của pin. Do đó, làm mát bằng chất lỏng đã trở thành phương pháp chính để kiểm soát nhiệt độ pin. Hơn nữa, vì nhiệt độ thoải mái mà cơ thể người cần tương tự như nhiệt độ hoạt động bình thường của pin, nên yêu cầu làm mát của khoang hành khách và pin có thể được đáp ứng bằng cách kết nối song song các bộ trao đổi nhiệt trong hệ thống bơm nhiệt khoang hành khách. Nhiệt lượng tỏa ra từ pin được gián tiếp tản đi bởi bộ trao đổi nhiệt và hệ thống làm mát thứ cấp, nhờ đó mức độ tích hợp của hệ thống quản lý nhiệt của xe điện đã được cải thiện. Mặc dù mức độ tích hợp đã được nâng cao, nhưng hệ thống quản lý nhiệt ở giai đoạn này chỉ đơn giản là tích hợp việc làm mát pin và khoang hành khách, và nhiệt lượng thải ra từ pin và động cơ chưa được tận dụng hiệu quả.
Thời gian đăng bài: 04/04/2023
