Termal Yönetim Sistemine Giriş
Elektrikli araçların termal yönetim sistemi, geleneksel yakıtlı araçların termal yönetim sisteminden gelişmiştir ve sistem konfigürasyonu da her bir termal yönetim devresinin göreceli bağımsızlığından entegrasyon yönüne doğru kademeli olarak gelişmiştir. Kullanılacak motor atık ısısı olmadığından yolcu kabinini ısıtmak için ısı kaynağı sağlayacak ek donanımlara ihtiyaç vardır. Şu anda elektrikli araçlar için yaygın olarak kullanılan ısıtma yöntemleri arasında pozitif sıcaklık katsayılı (PTC) elektrikli ısıtıcılı ısıtma ve ısı pompalı klima ısıtması yer almaktadır.
1. Tek soğutmalı klima + PTC
PTC elektrikli ısıtıcıdaki termistörün direnci sıcaklığın artmasıyla artacağından ısıtma gücünde azalma meydana gelir, dolayısıyla PTC termistörü sabit sıcaklık özelliğine sahiptir. PTC ısıtma sisteminin basit bileşimi ve düşük fiyatı nedeniyle, ilk elektrikli araçların çoğu, yolcu bölmesinin soğutma ve ısıtma ihtiyaçlarını karşılamak için tek soğutmalı klima soğutmasını ve PTC elektrikli ısıtıcı ısıtmasını kullanıyordu. Şekil 1, tek soğutmalı klima + PTC'nin sistem şemasıdır. Yaz soğutmasında, hava kanalına yerleştirilen evaporatör, soğutma amacına ulaşmak için ısıyı absorbe etmek amacıyla kullanılır. Isıtma için iki çözüm vardır. Bunlardan biri, hava PTC'sini Şekil 1 (a)'da gösterildiği gibi doğrudan klima kutusunun hava kanalına düzenlemektir. Isıtma talebi olduğunda hava kanalındaki havayı ısıtmak ve yolcu kabinine iletmek için PTC'ye enerji verilir; diğeri ise Şekil 1(b)'de gösterildiği gibi soğutucu akışkanı su PTC'si ile ısıtmaktır ve soğutucu akışkan, ısıtma talebini karşılamak için hava kanalındaki havayı dolaylı olarak ısıtmak üzere hava kanalında düzenlenen sıcak hava çekirdeğine akar.
2. Isı pompalı klima + PTC
PTC ısıtmak için elektrikli ısıtma kullandığından ısıtma verimliliği 1'den azdır, dolayısıyla bu ısıtma yöntemi elektrikli araçların sürüş menzilini %50 oranında azaltabilir. Isı pompalarının teorik verimliliği 1'den büyüktür ve PTC ısıtma yerine ısı pompalarının kullanılması bir gelişme trendi haline gelmiştir. ZHANG ve ark. ısı pompası sistemlerinin PTC ısıtıcı sistemlere kıyasla %41,3 enerji tasarrufu sağlayabildiğini göstermektedir. Çoğu elektrikli araç şu anda çalışma akışkanı olarak R134a kullandığından, ortam sıcaklığı -10 dereceden düşük olduğunda, ısı pompası sisteminin verimliliği ve güvenilirliği azalır, dolayısıyla yardımcı ısıtma için PTC elektrikli ısıtıcılara hala ihtiyaç duyulur.
Şekil 2, elektromanyetik dört yollu ters valf ve üç ısı eşanjörü kullanan bir ısı pompalı klima + PTC sistemini göstermektedir. Isı pompalı klima sistemi, vana gövdesindeki anahtar aracılığıyla sistemin soğutma, ısıtma, nem alma ve buz çözme modları arasında geçiş yapar. Dört yollu yön değiştirme valfi, ev tipi klima alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunu elektrikli araç ısı pompası klima sistemine uygulamak, Şekil 2 (a)'da gösterildiği gibi, sistemin soğutulması ve ısıtılması sırasında soğutucu akışkanın ters çevrilmesi problemini iyi bir şekilde çözebilir. Sistem çözümü az sayıda bileşene, basit yapıya ve düşük maliyete sahiptir. Ancak dört yollu yön değiştirme valfinin bakır-alüminyum kaynak işlemi zordur ve paslanması çok kolaydır. Yüksek ve alçak basınç taraflarında sistem performansını etkileyen gaz üflemesi bulunmaktadır. Binek araçların ısı pompalı iklimlendirme sistemi genellikle bir dış ısı eşanjörü ve iki iç ısı eşanjöründen oluşan üç ısı eşanjörlü bir çözümü benimser ve mod, Şekil 2 (b)'de gösterildiği gibi birden fazla solenoid valf aracılığıyla değiştirilir.
3. Isı pompalı klima + atık ısı geri kazanımı + PTC
Ülkem geniş bir coğrafyaya ve geniş bir sıcaklık aralığına sahip olduğundan, ısı pompalı klimaların sıcaklık aralığının genişletilmesi gerekmektedir. Motorların ve akülerin atık ısısı kışın değerli bir ısı kaynağıdır. Birçok üretici ve araştırma kurumu, ısı pompalı klimaların kullanımını genişletmek için ısının bu kısmını yardımcı bir ısı kaynağı olarak geri dönüştürmeyi düşünmektedir.
Şekil 3, ısı pompalı klima + atık ısı geri kazanımı + PTC kullanan bir elektrikli araç termal yönetim sisteminin diyagramıdır. Sistem, yolcu kabini soğutma, ısıtma, buz çözme, buğu giderme, nem alma gibi fonksiyonları gerçekleştirebilmektedir. Aynı zamanda aküyü ve tahrik motorunu ısıtabilir veya soğutabilir ve ayrıca akü ve tahrik motorunun atık ısı geri kazanımını da gerçekleştirebilir. Sistemin çalışma prensibi şu şekildedir: Yolcu kabininin soğutma, ısıtma, nem alma, buz çözme ve buğu giderme fonksiyonları soğutucu akışkan devresi solenoid valfinin anahtar kombinasyonu ile gerçekleştirilir; soğutucu devresine evaporatöre paralel bağlanan bir akü soğutucusu (Chiller) eklenir. Akü veya tahrik motorunun bir soğutma talebi olduğunda, soğutucu akışkan ikincil devredeki soğutucuyu soğutmak için Chiller'in içinden akar; Akü veya tahrik motorunun büyük bir ısı dağılımı talebi olmadığında, soğutucunun akış yönü, üç yollu valfin durumu değiştirilerek kontrol edilebilir ve ısı, düşük basınç yoluyla aracın dışına boşaltılabilir. - Akünün veya tahrik motorunun soğutulmasını sağlamak için sıcaklık radyatörü; akünün ısıtma talebi olduğunda PTC'ye ısıtma için enerji verilir ve soğutma tarafındaki üç yollu vana ayarlanarak ısıtma fonksiyonu sağlanır; ortam sıcaklığı düşük olduğunda, ısı pompası kliması kullanılamadığında ve akü veya tahrik motorunun ısı dağıtma talebi olduğunda, soğutucu akü veya tahrik motoru tarafında dağıtılması gereken ısıyı emer, Chiller içinden akar. Üç yollu valf, yolcu bölmesini ısıtmak için ısıyı soğutucu akışkan tarafına aktarır, sistemin çalışma sıcaklığı aralığını genişletir ve sistemin enerji verimliliğini artırır.
