純電動汽車(EV)不配備發動機,沒有在冬天用于制熱的熱源。冬季制熱需要用電,因此EV充一次電的續航距離會縮短?;厥针姵睾凸β士刂葡到y(PCS)的廢熱用于EV制熱,提高電池充電率(SOC)的推測精度,可以充分利用電池。提出這種EV用熱電管理系統方案的是日本康奈可(Calsonic Kansei)公司。據該公司介紹,通過使用該系統,可使EV續航距離最多延長25%。該公司在“人與車科技展2015”(2015年5月20~22日,太平洋橫濱國際會展中心)上展出了展示該系統模型(圖1)。

圖1:康奈可提出的EV用熱電管理系統方案。在制熱耗電的冬季,可將充一次電的續航距離最多延長25%。右上角是安裝有廢熱回收用金屬板的電池,左上角為車載空調,中央靠右是冷卻器,正中央是電動壓縮機,中央靠左是水冷冷凝器,右下角是安裝有廢熱回收用金屬板的PCS,左下角是高壓熱水器。
該系統中,利用配備加熱芯的車載空調來制熱。據康奈可的解說員介紹:“日產‘Leaf’(聆風)利用空氣熱泵來制熱。這種方式不需要流水的加熱芯,而需要流過高溫高壓制冷劑的內冷凝器,車載空調無法沿用汽油車的車載空調。因為EV需要控制成本,因此選擇了能跟汽油車共用的加熱芯方式”。
康奈可提出的熱電管理系統首先利用水冷冷凝器加熱送往加熱芯的水。水溫不夠時,利用使用電熱線(護套加熱器)的高壓熱水器再加熱,然后送往加熱芯。
這種結構的最大特點是利用水冷凝器加熱水時,會間接用到電池和PCS的廢熱。讓形成了回收廢熱的水流通管道的金屬板接觸這些部件,通過水來回收熱量?;厥盏臒崃坷脤λc制冷劑實施熱交換的冷卻器轉化到制冷劑中,再利用車載空調用電動壓縮機壓縮該制冷劑,進一步提高制冷劑的溫度。然后使用這種提高了溫度的制冷劑,加熱水冷凝器中的水以實現制熱。由于使用電池和PCS的廢熱,因此可以降低制熱所需要的電力。
據康奈可的解說員介紹,其實還改進了電動壓縮機。EV用壓縮機上有逆變器及電動機等汽油車用壓縮機所沒有的零件。因此,尺寸往往比較大。因此,需要減小壓縮機的尺寸。不過,容積小的壓縮機要想確保跟原來具有一樣的制熱能力,就必須高速運轉。也就是說,需要高轉速且高效率的壓縮機。
于是,康奈可調整了壓縮機的壓縮機構。原來壓縮機構采用的是有5個葉片、2個排出口的葉片轉子,而現在變成了有3個葉片、1個排出口的葉片轉子(圖2)。據該公司解說員介紹,這樣可以將轉一圈的排出次數由10次減至3次,可以降低壓縮機的超壓縮。結果,將高轉速區(6000rpm)的效率提高了45%。

圖2:調整電動壓縮機的壓縮機構.原來壓縮機構采用的是有5個葉片、2個排出口的葉片轉子?,F在變成了有3個葉片、1個排出口的葉片轉子。
另外,水冷凝器通過優化流通制冷劑和水的管道形狀,將效率提高了10%以上。另外,高壓熱水器通過使用護套加熱器減小了尺寸,減輕了重量,降低了成本。
另外,關于電池充電率(SOC)的推斷,通過調整算法,提高了推斷精度。

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