纯电动汽车(EV)不配备发动机,没有在冬天用于制热的热源。冬季制热需要用电,因此EV充一次电的续航距离会缩短。回收电池和功率控制系统(PCS)的废热用于EV制热,提高电池充电率(SOC)的推测精度,可以充分利用电池。提出这种EV用热电管理系统方案的是日本康奈可(Calsonic Kansei)公司。据该公司介绍,通过使用该系统,可使EV续航距离最多延长25%。该公司在“人与车科技展2015”(2015年5月20~22日,太平洋横滨国际会展中心)上展出了展示该系统模型(图1)。

图1:康奈可提出的EV用热电管理系统方案。在制热耗电的冬季,可将充一次电的续航距离最多延长25%。右上角是安装有废热回收用金属板的电池,左上角为车载空调,中央靠右是冷却器,正中央是电动压缩机,中央靠左是水冷冷凝器,右下角是安装有废热回收用金属板的PCS,左下角是高压热水器。
该系统中,利用配备加热芯的车载空调来制热。据康奈可的解说员介绍:“日产‘Leaf’(聆风)利用空气热泵来制热。这种方式不需要流水的加热芯,而需要流过高温高压制冷剂的内冷凝器,车载空调无法沿用汽油车的车载空调。因为EV需要控制成本,因此选择了能跟汽油车共用的加热芯方式”。
康奈可提出的热电管理系统首先利用水冷冷凝器加热送往加热芯的水。水温不够时,利用使用电热线(护套加热器)的高压热水器再加热,然后送往加热芯。
这种结构的最大特点是利用水冷凝器加热水时,会间接用到电池和PCS的废热。让形成了回收废热的水流通管道的金属板接触这些部件,通过水来回收热量。回收的热量利用对水与制冷剂实施热交换的冷却器转化到制冷剂中,再利用车载空调用电动压缩机压缩该制冷剂,进一步提高制冷剂的温度。然后使用这种提高了温度的制冷剂,加热水冷凝器中的水以实现制热。由于使用电池和PCS的废热,因此可以降低制热所需要的电力。
据康奈可的解说员介绍,其实还改进了电动压缩机。EV用压缩机上有逆变器及电动机等汽油车用压缩机所没有的零件。因此,尺寸往往比较大。因此,需要减小压缩机的尺寸。不过,容积小的压缩机要想确保跟原来具有一样的制热能力,就必须高速运转。也就是说,需要高转速且高效率的压缩机。
于是,康奈可调整了压缩机的压缩机构。原来压缩机构采用的是有5个叶片、2个排出口的叶片转子,而现在变成了有3个叶片、1个排出口的叶片转子(图2)。据该公司解说员介绍,这样可以将转一圈的排出次数由10次减至3次,可以降低压缩机的超压缩。结果,将高转速区(6000rpm)的效率提高了45%。

图2:调整电动压缩机的压缩机构.原来压缩机构采用的是有5个叶片、2个排出口的叶片转子。现在变成了有3个叶片、1个排出口的叶片转子。
另外,水冷凝器通过优化流通制冷剂和水的管道形状,将效率提高了10%以上。另外,高压热水器通过使用护套加热器减小了尺寸,减轻了重量,降低了成本。
另外,关于电池充电率(SOC)的推断,通过调整算法,提高了推断精度。

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