Jak ważny jest inteligentny system termiczny w samochodach elektrycznych
12/07/2020Z punktu widzenia mechatronika, samochód elektryczny jest na pierwszy rzut oka mniej interesujący: silnik spalinowy, dość ekscytujący ze względu na dużą liczbę elementów, musiał zrobić miejsce dla stosunkowo prostego silnika elektrycznego. Również mechaniczny układ napędowy musiał ustąpić miejsca. „Co jeszcze jest do naprawiania w samochodzie elektrycznym?” tak brzmi nieco fatalistycznie wyglądające pytanie.
Na szczęście sprawa nie jest aż tak poważna: na znaczeniu zyskują inne podzespoły i technologie. Zwłaszcza system termiczny odgrywa ważną rolę w samochodach elektrycznych i prawdopodobnie w przyszłości stanie się jeszcze ważniejszy. Systemy zarządzania ciepłem w samochodach elektrycznych są na ogół bardziej złożone niż w pojazdach tradycyjnych. W końcu samochody z napędem czysto elektrycznym, tak zwane Battery-Electric-Vehicles (BEV), mają szereg zespołów, które są szczególnie wrażliwe na zimno i ciepło. Występuje również znane już ogrzewanie i chłodzenie wnętrza pojazdu.
Dlaczego ogrzewanie wnętrza wpływa na zasięg
Ze względu na wysoką sprawność, napędy elektryczne emitują do otoczenia tylko niewielką ilość ciepła, w porównaniu z konwencjonalnymi silnikami spalinowymi. Aby można było ogrzać wnętrze przy niskich temperaturach zewnętrznych, konieczne są dodatkowe podgrzewacze. Pojawia się problem: te dodatkowe odbiorniki prądu pobierają znaczną część energii zgromadzonej w akumulatorze. Im cieplejsze wnętrze, tym mniejszy zasięg. Elektryczne podgrzewacze zintegrowane z układem wentylacji są prostą, skuteczną, ale również bardzo energochłonną metodą ogrzewania. Dlatego obecnie są stosowane jeszcze energooszczędne pompy ciepła, które mogą być także wykorzystywane jako urządzenie klimatyzacyjne do chłodzenia w lecie.
Układy klimatyzacji i chłodzenia muszą ze sobą optymalnie współpracować
Dla uzyskania komfortu. Aby elektryczne auto mogło być użytkowane w sposób prawidłowy i ze szczególnie wysoką sprawnością, temperatury silnika elektrycznego, elektroniki mocy i akumulatora muszą być zawsze utrzymywane w zakresie optymalnym dla sprawności. Osiąga się to dzięki zaawansowanemu i złożonemu systemowi termicznemu, w którym obiegi czynnika chłodniczego i płynu chłodzącego współpracują ze sobą w sposób optymalny. „Ze względu na różne wymagania temperaturowe komponentów, w pojazdach elektrycznych stosuje się zazwyczaj kilka układów chłodzących o różnych poziomach temperatur, czasami z różnymi mediami chłodzącymi", wyjaśnia prof. dr inż. Boris Schilder, profesor termodynamiki i mechaniki płynów na University of Applied Sciences we Frankfurcie.
Układ bazujący na czynniku chłodniczym i płynie chłodzącym dla pojazdów elektrycznych jest bardzo skomplikowany. Źródło: HELLA
System termiczny wpływa na wydajność i trwałość akumulatora
System termiczny ma decydujący wpływ również na wydajność i trwałość akumulatora: akumulatory muszą być eksploatowane w określonym zakresie temperatur. Akumulatory litowo-jonowe czują się szczególnie komfortowo w temperaturach od 15 °C do 30 °C. Jeśli temperatura pracy jest zbyt wysoka, trwałość akumulatora maleje i może wystąpić jego przedwczesna awaria.
Ogniwa akumulatora starzeją się nawet w bardzo niskich temperaturach. W efekcie spada ich trwałość. Występuje jeszcze jeden problem: nie tylko temperatura całego akumulatora musi pozostawać w opisanych granicach. Także różnica temperatur pomiędzy pojedynczymi ogniwami nie może przekraczać określonej wartości. Ponadto krótkotrwałe obciążenia szczytowe w połączeniu z wysokimi prądami, występującymi podczas rekuperacji i boostingu, prowadzą do nagrzewania się ogniw.
Skomplikowane systemy termiczne generują przychody w warsztatach samochodowych
Aby wszystkie zespoły, a zwłaszcza akumulator, mogły pracować w optymalnych zakresach temperatur, producenci samochodów i poddostawcy opracowali inteligentne systemy chłodzenia akumulatorów i zarządzania ciepłem. Gwarantują one nie tylko generowanie dodatkowych przychodów w warsztatach samochodowych, ale również to, że nawet w dobie napędów elektrycznych praca mechatronika pojazdowego nie będzie nudna.
Za mało informacji? Więcej na ten temat możesz znaleźć tutaj: https://www.hella.com/techworld/pl/Technologia/Klimatyzacja-w-pojazdach/Systemy-termiczne-w-pojazdach-elektrycznych-i-hybrydowych-1725/
