淺談純電動(dòng)汽車(chē)空調和冷卻的節能措施

1 電池的冷卻系統
水冷系統以及空調系統是當前現有電動(dòng)汽車(chē)主要的電池冷卻系統，但是這兩種方式必須要經(jīng)過(guò)壓縮機以及水泵等來(lái)實(shí)現。為了能夠進(jìn)一步的降低電動(dòng)汽車(chē)冷卻系統中的能耗，可采用無(wú)動(dòng)力電池冷卻，將熱管原理充分利用，在常溫的條件中，通過(guò)自然驅動(dòng)冷卻的方式促使電池達到冷卻效果，從而降低了汽車(chē)的冷卻水泵工作。
在熱管原理的基礎下研發(fā)出了無(wú)動(dòng)力電池冷卻系統，現如今在電信、電力等各種電氣機房節能中都可以見(jiàn)到熱管技術(shù)的身影，在純電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域也逐漸開(kāi)始使用。其運行原理見(jiàn)圖1，其中上升管、蒸發(fā)器、上位冷凝器以及下降管等各個(gè)方面構成了無(wú)動(dòng)力電池冷卻系統，通過(guò)高度差以及溫度差，降管路中工質(zhì)的蒸發(fā)以及冷凝循環(huán)進(jìn)行了封閉，使其產(chǎn)生動(dòng)態(tài)熱力平衡，由驅動(dòng)力將熱量快速并高密度的向外界環(huán)境傳遞，保證了電池的冷卻。其具體過(guò)程：電池組自身產(chǎn)生熱量之后會(huì )直接傳遞到蒸發(fā)器中，液態(tài)工質(zhì)在吸收熱量后進(jìn)行蒸發(fā)，從而降低了電池組的溫度。壓力會(huì )隨著(zhù)高溫氣態(tài)工質(zhì)密度的變小而增大，受到冷凝器和蒸發(fā)器的壓差，工質(zhì)從上升管當中進(jìn)入到冷凝器；外部空氣可將在上位冷凝器中的氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)行冷卻，工質(zhì)冷凝放熱；同時(shí)由于受到壓差以及重力的影響，通過(guò)下降管流回到蒸發(fā)器當中。通過(guò)這種循環(huán)的方式使得熱量被*的輸送到外部環(huán)境里。

圖1　無(wú)動(dòng)力電池冷卻系統原理
2 蓄能式的制冷系統
2.1 蓄冷式冷藏柜
汽車(chē)上對于冷藏柜或者冷凍柜以及保險柜的應用相當廣泛，常用的技術(shù)有三種：一是利用汽車(chē)電能以及半導體技術(shù)來(lái)制冷，但其制冷能力較低，只能小規模應用；二是利用空調系統的壓縮機并聯(lián)管路使冷藏柜的蒸發(fā)器工作制冷，但對于電能燃油的消耗較大，會(huì )降低車(chē)的整體動(dòng)力性能；三是在空調系統風(fēng)道的中央通道設計微型冷藏箱，但是冷藏容量小，效果不持久。為了解決這些技術(shù)中存在的缺陷，可以嘗試一種蓄冷式冷藏柜，在純電動(dòng)汽車(chē)停駛的過(guò)程中，將獨立的外接插頭連接到電源，通過(guò)控制面板打開(kāi)蓄冷模式，電動(dòng)壓縮機會(huì )在220V 電源的驅動(dòng)下運行，通過(guò)制冷循環(huán)就能夠在停駛期間完成蓄冷式冷藏柜的制冰儲冷和空調制冷。通常來(lái)說(shuō)，蓄冷式冷藏柜的位置會(huì )設置在后備箱內或者車(chē)頂行李架上。
2.2 蓄冷式的空調系統
蓄冷式空調系統是通過(guò)在停駛期間進(jìn)行冰蓄冷，然后行使時(shí)蓄冷水箱釋放儲存冷量的方式，達到制冷要求，降低電動(dòng)汽車(chē)的電能消耗。蓄冷式空調系統新增了蓄冷柜、冰水泵和冰水散熱器之類(lèi)的部件，蓄冷柜一般設置在后排座椅或者儀表臺右方位置，設置在后排座椅位置可以滿(mǎn)足里程需求的蓄冷水箱體積設計，設置在儀表臺右方則可以減小管路阻力損失。
2.3 混合蓄能式的空調系統
混合蓄能式空調系統新增了壓縮空氣儲存系統，其中包含電動(dòng)空氣壓縮機、壓縮空氣儲存系統以及空氣瓶和電池閥等，可以降低冰蓄冷中冰水循環(huán)所需要的電能消耗，以及*消除傳統空調系統壓縮機產(chǎn)生的電能消耗，這種系統的兩種設置方式都會(huì )將220V 的交流電動(dòng)壓縮機放置到前艙，地板下方則放置空氣瓶，而不和蓄冷水箱的設置位置相同。
3 電動(dòng)汽車(chē)的熱管理節能集成方案
熱管理節能集成方案是在汽車(chē)停駛充電期間，在外接220V 電源的情況下可以驅動(dòng)電動(dòng)空氣壓縮機，然后儲存高壓壓縮空氣到空氣瓶中，在空氣瓶蓄能的過(guò)程中，壓縮空氣會(huì )驅動(dòng)空調系統渦輪式壓縮機運行，從而實(shí)現空調制冷，且于蓄能水箱里進(jìn)行冰漿蓄冷。在冰漿蓄冷滿(mǎn)足蓄能要求后，制冷工作會(huì )停止，待空氣瓶?jì)Υ鎵嚎s空氣到滿(mǎn)足了設定要求時(shí)，壓縮空氣蓄能也會(huì )停止。要注意的問(wèn)題是，車(chē)載動(dòng)力電池的冷卻的需求主要由冰蓄冷維持，所以控制策略必須要預留足夠的電能滿(mǎn)足電池冷卻需求。通過(guò)利用熱管原理、壓縮空氣儲能技術(shù)以及冰蓄冷技術(shù)，可以實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)空調系統和冷卻系統的無(wú)電能消耗。

圖2　混合蓄能式空調系統構造圖
4 結　語(yǔ)
通過(guò)對空調和冷卻系統供能方式的改善措施，可以更好的降低純電動(dòng)汽車(chē)的電能消耗，可以讓電動(dòng)汽車(chē)的行使里程突破當前的瓶頸限度，也開(kāi)啟了純電動(dòng)汽車(chē)尋找新型蓄能技術(shù)的路線(xiàn)，對未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)研究發(fā)展有著(zhù)一定的推進(jìn)作用。