1. Elektrikli Araçların Isı Yönetimi GereksinimleriHVCH)
Yolcu bölmesi, araç hareket halindeyken sürücünün yaşadığı çevresel alandır. Sürücü için konforlu bir sürüş ortamı sağlamak amacıyla, yolcu bölmesinin termal yönetimi, araç iç ortamının sıcaklığını, nemini ve hava besleme sıcaklığını kontrol etmeyi gerektirir. Farklı koşullar altında yolcu bölmesinin termal yönetim gereksinimleri Tablo 1'de gösterilmiştir.
Elektrikli araçların verimli ve güvenli çalışmasını sağlamak için güç bataryası sıcaklık kontrolü önemli bir ön koşuldur. Sıcaklık çok yüksek olduğunda, sıvı sızıntısına ve kendiliğinden tutuşmaya neden olarak sürüş güvenliğini etkiler; sıcaklık çok düşük olduğunda ise bataryanın şarj ve deşarj kapasitesi belirli ölçüde azalır. Yüksek enerji yoğunluğu ve hafifliği nedeniyle lityum bataryalar, elektrikli araçlar için en yaygın kullanılan güç bataryaları haline gelmiştir. Literatüre göre tahmin edilen lityum bataryaların sıcaklık kontrol gereksinimleri ve farklı koşullar altındaki batarya ısı yükü Tablo 2'de gösterilmiştir. Güç bataryalarının enerji yoğunluğunun kademeli olarak artması, çalışma ortamının sıcaklık aralığının genişlemesi ve hızlı şarj hızlarının artmasıyla birlikte, güç bataryası sıcaklık kontrolünün termal yönetim sistemindeki önemi daha da belirgin hale gelmiştir; bu sadece farklı yol koşullarını ve farklı şarj ve deşarj modlarını karşılamakla kalmaz, aynı zamanda farklı koşulların karşılanması için de gereklidir. Araç çalışma koşullarına bağlı olarak sıcaklık kontrol yükündeki değişiklikler, batarya paketleri arasındaki sıcaklık alanının homojenliği ve termal kaçışın önlenmesi ve kontrolü, aşırı soğuk, yüksek sıcaklık ve yüksek nem bölgeleri ile sıcak yaz ve soğuk kış bölgeleri gibi farklı çevre koşullarındaki tüm sıcaklık kontrol gereksinimlerini karşılamalıdır.
2. Birinci aşama PTC ısıtması
Elektrikli araçların sanayileşmesinin ilk aşamasında, temel teknoloji esasen bataryaların, motorların ve diğer güç sistemlerinin kademeli iyileştirmelerle değiştirilmesine dayanmaktadır. Hem saf elektrikli araçların hem de yakıtlı araçların klima sistemleri, soğutma fonksiyonunu buhar sıkıştırma çevrimi yoluyla gerçekleştirir. İkisi arasındaki fark, yakıtlı araçların klima kompresörünün motor tarafından kayış vasıtasıyla dolaylı olarak tahrik edilmesi, saf elektrikli araçların ise soğutma çevrimini çalıştırmak için doğrudan elektrikli tahrik kompresörünü kullanmasıdır. Yakıtlı araçlar kışın ısıtıldığında, motorun atık ısısı ek bir ısı kaynağına gerek kalmadan doğrudan yolcu bölmesini ısıtmak için kullanılır. Ancak, saf elektrikli araçların motorunun atık ısısı kış ısıtma ihtiyaçlarını karşılayamaz. Bu nedenle, kış ısıtması saf elektrikli araçların çözmesi gereken bir sorundur. Pozitif sıcaklık katsayılı ısıtıcı (PTC), PTC seramik ısıtma elemanı ve alüminyum borudan oluşur.PTC Soğutma sıvısı ısıtıcısı/PTC hava ısıtıcısı(Bu sistem, düşük termal direnç ve yüksek ısı transfer verimliliği avantajlarına sahiptir ve yakıtlı araçların gövde tabanında kullanılır.) Bu nedenle, ilk elektrikli araçlarda yolcu bölmesinin termal yönetimini sağlamak için buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi ile soğutma ve PTC ısıtma kombinasyonu kullanılmıştır.
2.1 Isı pompası teknolojisinin ikinci aşamada uygulanması
Gerçek kullanımda, elektrikli araçlar kış aylarında yüksek ısıtma enerjisi tüketimine ihtiyaç duyar. Termodinamik açıdan bakıldığında, PTC ısıtmasının COP değeri her zaman 1'den azdır; bu da PTC ısıtmasının güç tüketimini yüksek ve enerji kullanım oranını düşük hale getirerek elektrikli araçların menzilini ciddi şekilde kısıtlar. Isı pompası teknolojisi, ortamdaki düşük dereceli ısıyı kullanmak için buhar sıkıştırma çevrimini kullanır ve ısıtma sırasında teorik COP değeri 1'den büyüktür. Bu nedenle, PTC yerine ısı pompası sistemi kullanmak, ısıtma koşullarında elektrikli araçların menzilini artırabilir. Güç bataryasının kapasitesi ve gücünün daha da geliştirilmesiyle, güç bataryasının çalışması sırasında oluşan termal yük de giderek artmaktadır. Geleneksel hava soğutma yapısı, güç bataryasının sıcaklık kontrol gereksinimlerini karşılayamaz. Bu nedenle, sıvı soğutma, batarya sıcaklık kontrolünün ana yöntemi haline gelmiştir. Dahası, insan vücudunun ihtiyaç duyduğu konforlu sıcaklık, güç bataryasının normal çalışma sıcaklığına benzer olduğundan, yolcu bölmesi ısı pompası sisteminde ısı eşanjörlerinin paralel bağlanmasıyla yolcu bölmesi ve güç bataryasının soğutma gereksinimleri karşılanabilir. Güç bataryasının ısısı, ısı eşanjörü ve ikincil soğutma yoluyla dolaylı olarak uzaklaştırılır ve elektrikli aracın termal yönetim sisteminin entegrasyon derecesi iyileştirilmiştir. Entegrasyon derecesi iyileştirilmiş olsa da, bu aşamadaki termal yönetim sistemi yalnızca batarya ve yolcu bölmesinin soğutmasını basitçe entegre etmekte olup, batarya ve motorun atık ısısı etkin bir şekilde kullanılmamaktadır.
Yayın tarihi: 04-08-2023
