Тепловые аккумуляторы для авто: Глава 5 Тепловые аккумуляторы. Все о предпусковых обогревателях и отопителях

  • 26.08.1982

Содержание

Глава 5 Тепловые аккумуляторы. Все о предпусковых обогревателях и отопителях

Читайте также

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы Литий является самым легким металлом, в то же время он обладает и сильно отрицательным электрохимическим потенциалом. Благодаря этому литий характеризуется наибольшей теоретической удельной электрической энергией. Вторичные источники

Li-Fe аккумуляторы

Li-Fe аккумуляторы Современная электроника предъявляет все более высокие требования к мощности и емкости источников энергии. В то время как никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы вплотную приблизились к своему теоретическому пределу, литий-ионные

2.2. Уран, нейтроны мгновенные и запаздывающие, быстрые и тепловые

2.2. Уран, нейтроны мгновенные и запаздывающие, быстрые и тепловые …Ядро урана содержит 92 положительно заряженных протона. Это — белый на свежем изломе металл, который на воздухе сначала покрывается налетом цвета спелой сливы, а затем и вовсе чернеет. Как и все тяжелые

Тепловые датчики

Тепловые датчики Наиболее известными тепловыми датчиками являются термисторы (см. рис. 5.42). Это устройство пассивного типа изменяет сопротивление пропорционально температуре. Существуют термисторы, имеющие положительный и отрицательный температурный коэффициенты

Тепловые насосы и штаны с обогревом

Тепловые насосы и штаны с обогревом Дедал размышляет над проблемой теплой одежды. Нынешняя мода, судя по всему, предлагает решения, менее всего рассчитанные на сохранение тепла тела: минимальное количество тонкой, плотно облегающей одежды, что вряд ли пригодно для

Сверхъемкие аккумуляторы

Сверхъемкие аккумуляторы О таких аккумуляторах мечтают во многих отраслях техники и промышленности. Представьте себе автомобиль. Вместо бака с горючим он возит небольшой ящичек с аккумуляторами. Изредка водитель автомобиля подключает клеммы к электрической сети, а на

АККУМУЛЯТОРЫ И СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ

АККУМУЛЯТОРЫ И СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ На первых спутниках Земли аппаратура потребляла относительно небольшие мощности тока и время работы ее было очень непродолжительным. Поэтому в качестве первых космических источников энергии успешно применялись обыкновенные

2.8. Техническая документация на тепловые энергоустановки

2.8. Техническая документация на тепловые энергоустановки Вопрос 83. Какие документы хранятся и используются в работе при эксплуатации тепловых энергоустановок?Ответ. Хранятся и используются в работе следующие документы: генеральный план с нанесенными зданиями,

5.4. Тепловые насосы

5.4. Тепловые насосы Вопрос 201. В качестве каких установок целесообразно применение тепловых насосов?Ответ. Целесообразно применение в качестве двухцелевых установок, одновременно производящих искусственный холод и тепловую энергию для целей теплоснабжения (п.

6. ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ

6. ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ 6.1. Технические требования Вопрос 209. Как следует располагать трубопроводы тепловых сетей и горячего водоснабжения при 4-трубной прокладке?Ответ. Следует, как правило, располагать в одном канале с выполнением раздельной тепловой изоляции каждого

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ 8.1. Технические требования Вопрос 268. Допускается ли применение типовых баков хранения нефтепродуктов для замены существующих баков-аккумуляторов?Ответ. Такое применение не допускается (п. 8.1.3).Вопрос 269. Каковы требования к помещениям, в которых

6. ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ

6. ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ 6.1. Технические требования6.1.1. Способ прокладки новых тепловых сетей, строительные конструкции, тепловая изоляция должны соответствовать требованиям действующих строительных норм и правил и других нормативно-технических документов. Выбор диаметров

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ 8.1. Технические требования8.1.1. Баки-аккумуляторы изготавливаются по специально разработанным проектам. На всех вновь вводимых и эксплуатируемых баках-аккумуляторах устанавливаются наружные усиливающие конструкции для предотвращения разрушения

6. ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ

6. ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ 6.1. Технические требования6.1.1. Способ прокладки новых тепловых сетей, строительные конструкции, тепловая изоляция должны соответствовать требованиям действующих строительных норм и правил и других нормативно-технических документов. Выбор диаметров

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ

8. БАКИ-АККУМУЛЯТОРЫ 8.1. Технические требования8.1.1. Баки-аккумуляторы изготавливаются по специально разработанным проектам. На всех вновь вводимых и эксплуатируемых баках-аккумуляторах устанавливаются наружные усиливающие конструкции для предотвращения разрушения

Тепловой аккумулятор: грелка для мотора

Автор admin На чтение 5 мин. Просмотров 1.2k. Опубликовано

Помните, что страшней всего для автомобиля зимой? Пуск двигателя. Наш климат балансирует между неопределенно «умеренным» и откровенно «холодным». И что такое «толкнуть движок», когда за бортом минус двадцать, многие из вас знают не понаслышке.

Наш народ огорчить трудно. «Хитрая на выдумки голь» знает множество способов согреть двигатель перед пуском. От умывания кипяточком до встраивания в картер ТЭНа, подключающегося к ближайшей розетке или все тому же едва живому аккумулятору. Если аккумулятор полностью умер, поможет зарядное устройство для автомобильного аккумулятора. Самых капризных «уговаривают» с паяльной лампой в руках. Суррогатное решение никогда не проходит безнаказанно. От такой подготовки автомобиль страдает еще больше, чем от неподготовленного пуска: быстро стареют краска, резина и пластиковая изоляция, гибнет из-за локального перегрева дорогое масло, разрушается от резких перепадов температуры и ржавеет металл.

И это при том, что сам двигатель в процессе работы выделяет огромное количество тепла просто в атмосферу. Многие пытались связать две эти вещи между собой, мало кто сумел продвинуться дальше идеи. Не так это просто — собрать лишнее тепло сегодня и вернуть его завтра или через пару суток.

Тем отрадней сообщить вам, что светлые головы, сумевшие решить эту задачку, нашлись в нашем Отечестве. Причем, решение оказалось простым как валенок. И по сути крепко смахивает на термобигуди.

Тепловые аккумуляторы — это не обычные аккумуляторы Varta. Названное «тепловым аккумулятором» устройство представляет собой пакет герметично заваренных капсул, наполненных особым кристаллическим веществом. Пакет помещен в своеобразный термос — металлический сосуд с вакуумно-порошковой теплоизоляцией — и включается в контур охлаждения двигателя параллельно отопителю салона. Контур заполняется незамерзающей охлаждающей жидкостью (ТОСОЛом или АНТИФРИЗОМ), для ее принудительной циркуляции имеется электропомпа. Во время работы двигателя жидкость проходит через аккумулятор, под действием ее тепла содержимое капсул плавится. Плавление, как известно, происходит с поглощением (аккумуляцией, т.к. это процесс обратимый) некоторого количества тепловой энергии. Здесь используется теплоемкость фазового перехода из твердого состояния в жидкое. У данного вещества она почти уникальна. На полную зарядку уходит минут десять, а сохраняется накопленная энергия несколько суток (двое при -40°).

Когда приходит пора «заводиться», включают помпу. Пробегая через пакет капсул, жидкость снимает с них аккумулированное тепло и возвращает туда, откуда принесла — в контур охлаждения двигателя. Материал в капсулах совершает обратный фазовый переход, эквивалентный по высвобождаемой энергии работе нагревателя с начальной тепловой мощ- ностью в три десятка киловатт. За считанные минуты температура двигателя поднимается на верных полсотни градусов. Бесшумно и практически без затрат энергии двигатель заводится.

Изобрели тепловой аккумулятор и разработали конструкцию в николаевской компании «МОТОРТЕХНИКА». Воплотили в материал весной девяносто четвертого. Год шли натурные испытания устройства на автомобиле ИЖ 21251-010. «ИЖ» набегал с ним восемьдесят тысяч. Никак не прочувствовал тридцатиградусные морозы — заводился без проблем.

Двигатель разогревался минуты за три, заводился легко и устойчиво работал на холостом ходу. Стартовать можно было через минуту-полторы. Причем, эта пауза нужна была не столько для выравнивания температуры и давления масла, сколько на просушивание ветрового стекла (отолитель тоже предварительно прогревается). Свечам такой режим пришелся по вкусу — обычные А-20ДВ «отбегали» эти два экватора без единой замены или прочистки.

Естественно, просчитывался и возможный рынок. Не сомневаясь, что товар найдет спрос в Украине, авторы присматривались и к рынку северного соседа. Еще бы, где ж найти другую такую страну, где на трех четвертях территории «девять месяцев зима». То есть, товар изначально становился «экспортно-ориентированным». Сразу по окончании испытаний прототипа устройство, получившее марку УОПД-0.8 (Устройство облегчения пуска двигателя с начальной теплоемкостью 0,8 кВт/час), было передано на теплотехнические испытания в лабораторию АО «ГАЗ».

Оборудованную им серийную «Газель» испытали в климатической камере при температурах от -20 до -40 °С с выдержкой в 16 и 36 часов. После шестнадцати часов «зимы» аккумулятор поднимал температуру двигателя на 55 градусов (с -20 до +35 °С или с -40 до +15 °С). После полутора суток ему хватало сил на рывок в 45-50 градусов. На прогрев уходило 5-6 минут, двигатель заводился легко. Пусковой ток стартера снижался на 60-80 ампер, а экономия топлива составила четверть литра на каждом пуске. Нетрудно посчитать, что устройство окупится за один-пять месяцев эксплуатации (в зависимости от ее интенсивности и климатических условий), так что смысл купить авто аккумулятор определенно есть.

Сегодня УОПД-0.8 уже производится серийно. Модель применима к любым ДВС обьемом до 4000 «кубиков» с жидкостной системой охлаждения — карбюраторным, дизельным и работающим на газе. Внешне это цилиндр диаметром в двадцать сантиметров и длиной в сорок, сухим весом в 16,5 килограммов. Монтируется рядом с двигателем или в салоне за перчаточным ящиком. В сравнении с западным аналогом, весьма редким, кстати, по цене (примерно USD400) выигрывает вдвое и во много крат — по надежности. Имеет гарантию на 24 месяца и ресурс эксплуатации в 10 лет. Готовится выпуск линейки ТА под разные обьемы двигателей и автомобили разных типов.

Несомненную пользу от новинки могут извлечь установщики. Монтаж занимает пару часов и оценивается в 10% стоимости ТА. Уверен, что автовладельцы охотно уступят установку и обслуживание специалистам.

Не менее интересно это может быть и производственникам. Прежде всего — оборонщикам. Даже без армейского заказа конверсионные предприятия могут наладить изготовление и сбыт ТА внутри страны и соседям. Первыми заказчиками могут стать группы быстрого реагирования — милиция, спецназ, скорая помощь. Лицензию на производство разработчики предоставят.

разновидности и использование в быту

Если у вас в доме имеется котельная установка, работающая на твердом топливе, то вам должно быть известно, что она не способна функционировать долгое время без вмешательства человека. Это обусловлено необходимостью периодически загружать дрова в топку. Если этого вовремя не сделать, то система начнет остывать, а температура в комнатах будет понижаться.

Если отключится электроэнергия при разгоревшейся топке, то возникнет опасность закипания воды в рубашке оборудования, следствием чего станет ее разрушение. Данные проблемы можно решить методом установки теплоаккумулятора. Он выполняет еще и роль защиты установок из чугуна от растрескивания, когда происходит резкий перепад температуры сетевой воды.

Использование теплоаккумулятора в быту

Аккумулятор тепловой стал для многих современных систем отопления незаменимым устройством. С помощью данного дополнения можно обеспечить накапливание избытка энергии, вырабатываемой в котле и обычно расходуемой напрасно. Если рассматривать модели теплоаккумуляторов, то большинство из них имеют вид стального бака, который обладает несколькими верхними и нижними патрубками. К последним подключается источник тепла, тогда как к первым – потребители. Внутри находится жидкость, которую можно использовать для решения разных задач.

Аккумулятор тепловой используется в быту довольно часто. В основе его работы лежит внушительная теплоемкость воды. Функционирование данного прибора можно описать следующим образом. К верхней части бака подключается трубопровод котельного оборудования. В бак поступает горячий теплоноситель, который оказывается нагретым максимально.

Циркулирующий насос находится снизу. Он вбирает холодную воду и запускает по системе отопления, направляя в котел. Остывшая жидкость в течение короткого времени сменяется нагретой. Как только котел перестает работать, теплоноситель начинает остывать в трубах и трубопроводных магистралях. Вода попадает в бак, где начинает вытеснять горячий теплоноситель в трубы. Обогрев помещения будет продолжаться еще в течение некоторого времени по такому принципу.

Роль теплоаккумулятора

Аккумулятор тепловой в быту способен выполнять множество полезных функций, среди них:

  • стабилизация температурного режима в доме;
  • обеспечение помещений горячим водоснабжением;
  • увеличение коэффициента полезного действия системы до максимально возможного;
  • снижение денежных затрат на топливо;
  • накапливание избыточной энергии от котла;
  • объединение нескольких источников тепла в один контур;
  • возможность разъединения источников тепла.

Что еще необходимо знать об особенностях использования аккумуляторов тепла в быту

На сегодняшний день известно несколько методик расчета объема резервуара. Как показывает опыт, на каждый киловатт мощности оборудования необходимо 25 л воды. Коэффициент полезного действия котла, который предусматривает необходимость наличия системы отопления с аккумулятором тепла, повышается до 84%. Пик горения нивелируется, за счёт этого энергоресурсы экономятся в объеме до 30%.

Аккумулятор тепловой обеспечивает сохранение температуры благодаря надежной теплоизоляции из вспененного полиуретана. Дополнительно предусмотрена возможность монтажа ТЭНов, которые позволяют при необходимости нагревать воду.

Когда нужен теплоаккумулятор

Аккумулирование тепла необходимо при большой потребности в водоснабжении. Этот случай распространяется на коттеджи, в которых проживает более 5 человек.

Аккумулирование тепла необходимо и в тех домах, где два санузла. Тепловой аккумулятор требуется и при использовании котлов на твердом топливе. Описываемые приборы сглаживают работу оборудования в часы высоких нагрузок, собирая излишки тепла и исключая закипание. С помощью подобного устройства можно увеличить время между закладками топлива.

Другие виды аккумуляторов тепла

Тепловой аккумулятор для автомобиля тоже может быть использован. Он представляет собой термос, который обеспечивает легкий запуск двигателя при низких температурах. Этот прибор накапливает и отдает тепло. Работает он автономно и почти не требует приложения дополнительной энергии. Принцип его работы заключается в том, что антифриз нагревается от работающего двигателя до 90°С, а если его поместить в тепловой аккумулятор, то он будет оставаться горячим ещё в течение двух суток.

Перед тем как запустить холодный двигатель, потребителю нужно будет включить электронасос, который закачает жидкость в двигатель. Уже через несколько минут мотор окажется прогретым, а значит, его можно будет подключить к автомобильной сигнализации.

Тепловой аккумулятор для ракет «Земля-Воздух» тоже был изобретён. Его производство было налажено, что удалось увеличить эффективность ПВО. Сегодня тепловые аккумуляторы, к сожалению, могут использоваться для создания заминированных машин, которые управляются дистанционно.

Изготовление теплоаккумулятора своими руками

Наиболее простую модель аккумулятора можно изготовить самостоятельно, при этом следует руководствоваться принципами работы термоса. За счёт стенок, которые не проводят тепло, жидкость долго будет оставаться горячей. Для работы следует подготовить:

  • бак;
  • скотч;
  • бетонную плиту;
  • теплоизоляционный материал;
  • медные трубки или ТЭНы.

Когда изготавливается тепловой аккумулятор своими руками, при выборе бака необходимо учитывать желаемую емкость, она должна начинаться от 150 л. Можно подобрать любую металлическую бочку. Но если выбрать объём меньше упомянутого, то смысл теряется. Емкость подготавливается, изнутри удаляется пыль и мусор, участки, где начала образовываться коррозия, необходимо обработать соответствующим образом.

Методика проведения работ

На следующем этапе необходимо подготовить утеплитель, его нужно будет обернуть вокруг бочки. Он станет отвечать за сохранение тепла. Для самодельной конструкции отлично подходит минеральная вата. С внешней стороны ею окутывается бак, а после вся конструкция защищается скотчем. Дополнительно поверхность можно накрыть фольгированной пленкой или металлом.

Когда выполняется тепловой аккумулятор для отопления, важно обеспечить подогрев воды внутри, для этого обычно используется один из существующих способов. Это может быть установка электрических ТЭНов или змеевика, по которому будет пускаться вода. Первый вариант нельзя назвать безопасным, кроме того, он достаточно сложный в реализации, поэтому от него лучше отказаться. А вот змеевик вы можете выполнить из медной трубки, диаметр которой варьируется в пределах от 2 до 3 см.

Длина изделия может быть равна пределу от 8 до 15 мм. Из трубки собирается спираль, которую нужно поместить внутрь емкости. В данной модели аккумулятором выступит верхняя часть бочки. Снизу необходимо расположить еще один патрубок, который будет вводным. Через него станет поступать холодная вода. Патрубки следует дополнить кранами.

На этом можно считать, что простое устройство теплоаккумулятора готово к эксплуатации, но для начала необходимо решить вопрос, связанный с пожарной безопасностью. Такая установка должна располагаться на бетонной плите, ее по возможности отгораживают стенками.

Заключение

Тепловой аккумулятор для ракеты – это устройство, которое далеко от понимания обычного потребителя. А вот теплоаккумулятор для системы отопления вы вполне сможете подключить самостоятельно. Для этого транзитом через бак должен будет проходить обратный трубопровод, на концах которого предусмотрены выход и вход.

На первом этапе между собой следует соединить бак и обратку котла. Между ними располагается циркуляционный насос, он будет перегонять теплоноситель из бочки в отсекающий кран, отопительные приборы и расширительный бак. Со второй стороны устанавливается циркуляционный насос и отсекающий кран.

Предпусковой подогреватель Centaur в виде аккумулятора тепла – Основные средства

Термос для мотора

Г. Алексанян, канд. техн. наук

Вот и наступила зима. Все прелести холодного запуска двигателя стали реальностью. Избавиться от них или хотя бы свести к минимуму топтание на морозе под рев прогревающегося на холостом ходу мотора позволяют предпусковые подогреватели. О многих из них мы уже рассказывали. Сегодня поговорим о необычной во всех отношениях системе.

В процессе работы двигателя выделяется большое количество тепла. Так зачем же еще тратить энергию или топливо на предпусковой подогрев? Тем более, что запасаем же мы тепло в повседневной жизни в банальных термосах. Эта простая идея некоторое время назад буквально висела в воздухе. И отечественные самодельщики немало потрудились на ее ниве. Кто-то устанавливал термос рядом с мотором, кто-то превращал в него весь двигатель… Немало описаний подобных конструкций можно найти в номерах журналов «Моделист-конструктор» и «За рулем», вышедших в прошедшем десятилетии.

Сегодня про те устройства уже мало кто помнит. Недостатки каждой конкретной конструкции перевешивали ее достоинства: при всей простоте и очевидности исходной идеи ее практическая реализация оказалась непосильной для домашних мастеров. Впрочем, над термосами-подогревателями работали не только любители, но и профессионалы. Результат их труда сегодня присутствует на рынке в виде оригинальной системы предпускового подогрева, выпускаемой канадской фирмой Centaur.

Принцип и механизм повторного использования сохраненного излишка тепла охлаждающей жидкости, образовавшегося при работе двигателя, был разработан специалистом в области механики и термодинамики доктором Оскаром Шатцем (D-r Oskar Schatz). В результате последовавших затем испытаний, проводившихся в Европе и Северной Америке, родилась система аккумулирования тепла, которая хороша как подогреватель в холодных климатических условиях.

В 1995 году это изобретение получило достойную оценку – система аккумулирования тепла была признана достижением в области сохранения и повторного использования энергии. Решением экспертов по инженерии, науке и окружающей среде д-р Шатц удостоился премии престижного немецкого клуба «Моторист протекшн». В свое время этой премии удостаивались такие известные фирмы, как BMW, Daimler, MAN, VW/Audi, Citroen, FIAT.

Аккумулятор тепла Centaur выполняет функции предпускового подогревателя. В нем сохраняется, а затем используется тепло, отводимое от работающего двигателя через систему жидкостного охлаждения. Centaur представляет собой термос, изготовленный из нержавеющей стали, включенный в систему охлаждения. Его вместимость соизмерима с вместимостью всей остальной системы.

При работе двигателя электрический насос через электронно-управляемый регулирующий клапан постепенно заполняет термос нагретой до рабочей температуры жидкостью. Момент начала поступления нагретой жидкости из рубашки охлаждения в термос определяет датчик температуры, электронный термостат и система управления. Заполняющая термос холодная жидкость вытесняется в систему охлаждения. Когда температуры жидкости в термосе и системе охлаждения двигателя уравниваются, процесс «зарядки» аккумулятора тепла прекращается. При длительной стоянке двигатель и все его системы остывают, а в термосе сохраняется запас разогретой до рабочей температуры охлаждающей жидкости.

При последующем запуске двигателя горячая жидкость из термоса в считанные секунды замещает в двигателе холодную, благодаря чему двигатель быстро разогревается и легко заводится. Когда в процессе движения мотор прогреется до оптимальной температуры, холодная жидкость в термосе постепенно будет заменяться горячей, что не повлияет на тепловой режим двигателя.

Аккумуляторы тепла Centaur надежны и безопасны, а управление ими полностью автоматизировано – работу всех их узлов и частей контролирует электронный блок управления. Длительные испытания, проводившиеся как в холодильных камерах, так и в условиях Аляски показали их высокую эффективность и соответствие экологическим нормам, принятым в Европе и США.

Благодаря термосу теплый воздух начинает поступать в кабину уже через 30 с, содержание в отработавших газах СО уменьшается на 50%, а углеводородов – на 30%, при этом экономия топлива может достигать 14%. Но главные достоинства аккумуляторов тепла Centaur заключаются в их энергонезависимости и способности работать в равной степени успешно как с бензиновыми, так и с дизельными моторами.

Некоторые характеристики аккумуляторов тепла Centaur
Модель прибора 4,6 5 7,5 9
Теплоемкость (при нагреве от -20 до 90 °С), Вт/ч 550 600 900 1070
Масса прибора, кг 2,4 2,6 3,3 3,8
Масса прибора заполненного охлаждающей жидкостью, кг 7 7,6 10,8 12,8
Габариты, мм 164х340 164х370 164х513 164х596
Вместимость прибора, л 4,6 5 7,5 9
Применяемость на двигателях с рабочим объемом, л 1,0 – 1,5 1,5 – 1,8 до 3,0 свыше 3,0

Теплоаккумулятор в наличии для котлов отопления российского производства

Описание

Теплоаккумулятор (второе название — буферная емкость) представляет собой теплоизолированный герметичный резервуар, работающий под давлением системы отопления.

Водяной теплоаккумулятор для отопления применяется в системах с твердотопливными и электрическими котлами для повышения удобства использования, эффективности и безопасности работы системы. Наиболее часто теплоаккумуляторы используются в частных загородных домах и на предприятиях, которые стремятся повысить свою энергоэффективность.

Достоинства при использовании в частных домах

Котел достаточно топить один раз в сутки Аккумулятор тепла значительно увеличивает объем системы отопления, что позволяет топить котел один раз в сутки, в сильные морозы – два раза в сутки.

В доме всегда тепло, даже утром Накопленное тепло равномерно в течение суток поступает из теплового аккумулятора в систему отопления. Используя теплоаккумулятор для отопления из нержавейки или конструкционной стали можно избежать таких сомнительных ухищрений, как прикрывание заслонки котла для увеличения времени горения, что категорически вредно для котла и снижает его срок службы из-за закоксовывания теплообменника, дымохода и образования разъедающего котел конденсата.

Котел максимально эффективен и экономичен Благодаря теплоаккумулятору, твердотопливный котел всегда работает в полную мощность, топливо полностью прогорает. Это повышает КПД котла до 80% и снижает количество потребляемого топлива на 40%, также предотвращает образование конденсата и закоксовывание теплообменника котла и дымохода, что положительно сказывается на их долговечности.

Безопасность и защита системы от перегревания На территории ЕС законодательно запрещена установка твердотопливных котлов без теплоаккумуляторов по соображениям экологичности и безопасности. Это связано с тем, что, если в системе отопления не установлен теплоаккумулятор, в случае отключения электричества и остановки циркуляционного насоса, высока вероятность перегревания и закипания котла. В худшем случае возможен даже взрыв котла – со всеми сопутствующими последствиями. Если же в системе установлен теплоаккумулятор, то при отключении электричества и прекращении циркуляции теплоносителя теплоаккумулятор аккумулирует избыток тепловой энергии и предотвращает возникновение негативных последствий перегревания системы.

Преимущества использования на предприятиях

Использование теплоаккумулятора на предприятии, позволяет задействовать невостребованные источники тепловой энергии для нужд отопления помещений. Среди таких источников: техническая горячая вода от технологических процессов, тепловая энергия, вырабатываемая в процессе работы систем кондиционирования и охлаждения и т.д.

Применение теплоаккумулятора в системах с электрическим котлом позволяет использовать двухтарифную систему расчета стоимости электроэнергии.

В этом случае электрический котел работает по льготному тарифу в ночное время, а теплоаккумулятор для отопления накапливает тепловую энергию, возвращая ее в систему уже в рабочее время, когда электроэнергия значительно дороже.

Если вы хотите купить теплоаккумулятор для котлов отопления российского производства Electrotherm, обратитесь к нашим консультантам или напишите на адрес [email protected]

Энергосберегающие технологии: аккумулирование тепловой энергии в накопителях тепла

Если вы когда-нибудь задавались вопросом: что такое тепловой аккумулятор, как он работает и какую пользу можете из этого извлечь лично вы, то читайте эту статью.

В последнее время об энергосберегающих технологиях говорят и пишут очень много. Этим технологиям уделяется большое внимание на самом высоком государственном уровне. Однако, существующее мнение о том, что повсеместное энергосбережение нужно исключительно государству в корне неверно.

Энергосбережение способно принести ощутимую выгоду каждому из нас.

Возьмем в качестве примера аккумулирование тепловой энергии. Известно, что большинство традиционных технологий обогрева помещений имеют КПД около 30-40%, то есть, по большому счету «греют улицу», поскольку тепло уходит через двери, окна и даже через стены. В случае установки теплового аккумулятора или, как его еще называют, теплонакопителя, потери тепла удается сократить более чем в два раза.

Дело в том, что большинство моделей современных тепловых аккумуляторов оборудованы системой специальных датчиков, включающих подачу тепла только при падении температуры в помещении до заданного значения. Теплонакопитель – практически незаменимая вещь в случае аварии на теплосетях или планового отключения дома от теплоцентрали. Он особенно актуален для загородного жилья – дачи, коттеджа, таун-хауса и так далее.

Впрочем, эта технология с успехом применяется и для обогрева городских квартир.

Еще одним несомненным плюсом накопителя тепла является его экономичность. Как известно, электроэнергия в ночное время стоит гораздо дешевле, нежели днем. Тепловой аккумулятор позволяет потреблять дешевую электроэнергию в ночные часы, перерабатывать ее в тепло и накапливать это тепло для использования днем.

Кроме того, теплонакопитель можно настроить таким образом, что он будет перерабатывать излишки электроэнергии в тепло и в дневное время.

Таким образом, владелец жилья может, в принципе, вообще отказаться от системы централизованного отопления своего жилища, забыв об этой статье расходов. Существенная разница между стоимостью услуг отопления и дешевой ночной электроэнергии позволяет полностью окупить приобретение и монтаж теплового аккумулятора за каких-то 2-3 года.

В тепловом аккумуляторе, как правило, предусмотрена возможность его отключения или перевода в «дежурный режим», что очень удобно в случае, когда жилье достаточно часто является необитаемым (например, дача) или жильцы уезжают надолго (в отпуск, командировку и так далее). Таким образом, накопитель тепла работает только тогда, когда это нужно. И при этом нет никакой необходимости требовать от поставщика коммунальных услуг перерасчета стоимости услуг.

Немаловажным фактором является и высокая экологичность подобного оборудования. Ведь тепловой аккумулятор не использует мазут или какие-либо другие виды топлива с низкими экологическими характеристиками. Ведь электричество по своей экологичности превосходит даже природный газ. Да и безопасность теплонакопителя находится на высочайшем уровне – он не создает повышенной нагрузки на электросети даже в самую лютую стужу, когда в каждой квартире люди вынуждены включать обогреватели, электрокамины и прочие приборы, что приводит к отключению электросетей, коротким замыканиям и прочим неприятностям.

Инновационные полупроводниковые батареи в электромобилях

Полупроводниковая батарея может полностью изменить сектор электромобилей. Эта инновация способствует быстрому развитию электромобильности. Как идти в ногу с современными революциями и принимать активное участие в значительных изменениях на автомобильном рынке?

Как работает полупроводниковый аккумулятор?

Автомобильная батарея, использующая полупроводниковую конструкцию, идеально подходит для использования в современных автомобилях. В этом типе хранения энергии используется электролит, который является твердым, а не жидким веществом – в отличие от литий-ионных батарей. Твердотельная батарея преодолевает проблемы, связанные с традиционными решениями, такими как относительно небольшая емкость, что приводит к скромному ассортименту транспортных средств, а также к ухудшению состояния элемента после многих циклов зарядки и выделению значительного количества тепла.

Решения по электромобильности становятся все более инновационными, а полупроводниковые батареи больше не являются лишь частью отдаленных планов. Самым большим препятствием для этой технологии до сих пор была разработка методов крупномасштабного производства. Однако инженеры крупных автомобильных компаний работают над созданием электролита, который бы соответствовал ожиданиям рынка электролитов и обеспечивал бы производительность, ожидаемую клиентами.

Полупроводниковые батареи и ожидания клиентов в секторе электромобилей

Среди целевой группы по электромобилям наблюдается значительный интерес к теме электроэнергетики. Увеличение размера ячеек приводит к увеличению диапазона, что, в свою очередь, существенно влияет на восприятие данной модели. Поэтому стоит внести свой вклад в продвижение полупроводниковых батарей в качестве альтернативы литий-ионным батареям. В связи с относительно молодым возрастом и низкой популярностью этой технологии, осведомленность в этой области в настоящее время находится на низком уровне.

Возможность установки элементов большей емкости, которые в то же время занимают меньше места в конструкции автомобиля, несомненно, означает значительное увеличение ассортимента электромобилей. Это ключевой параметр при выборе автомобиля, работающего на альтернативных источниках энергии. Другим аспектом использования электромобилей является износ батареи, что приводит к потере элементами своих первоначальных свойств. Цикл заряда для полупроводниковых батарей потенциально может быть больше, чем для обычных аналогов. Таким образом, разработка этого типа ячеек будет решать две наиболее важные потребности клиентов.

Решения, предназначенные для полупроводниковых автомобильных батарей

Эффективная полупроводниковая батарея не должна ограничиваться только использованием «ячеистой» технологии. Однако для того, чтобы она обеспечивала достаточную производительность, необходимо адаптировать конструкцию транспортного средства к потребностям. Инновации должны быть сосредоточены на разработке стратегий эффективного внедрения батарей – не только модульных – в конструкции транспортных средств. Электромобильность должна основываться на экологических и легких решениях, которые также являются долговечными, способствуют экономичному вождению и позволяют эффективно защищать аккумуляторные батареи от повреждений, которые могут возникнуть в результате повседневной эксплуатации автомобиля.

Уже сейчас, прежде чем полностью внедрить технологию полупроводниковых аккумуляторов, стоит подумать о том, чтобы подкрепить их потенциал соответствующими автомобильными запчастями. Вспененные аккумуляторные элементы из пенополипропилена EPP и решения по поглощению ударов от Кнауф Автомотив являются результатом современных технологических разработок в автомобильной отрасли. При проектировании таких компонентов учитываются очень сложные физические модели, которые определяют наиболее подходящие параметры для деталей из пластиков. Они широко используются в литий-ионных батареях, но могут быть быстро адаптированы к новым полупроводниковым элементам.

Предложение Кнауф Автомотив – решения для развития сектора полупроводниковых батарей

В компании Knauf Automotive мы концентрируемся на внедрении успешных технологий, связанных с промышленностью 4.0 и 3D-печатью. Проекты с компонентами, предназначенными для поддержки производства литий-ионных батарей, привели к выдающимся решениям в области изоляции. В течение многих лет мы сотрудничаем с известными марками в автомобильной отрасли. Наша продукция является результатом сочетания исследований, разработок, испытаний (прототипирования) и использования самых современных технологий. На протяжении всего нашего сотрудничества мы предлагаем поддержку на всех уровнях производства компонентов – от разработки, производства и внедрения до утилизации.

Предлагаемые в ассортименте Knauf Automotive тепловые и электрические изоляторы адаптированы к потребностям обычного транспортного средства с учётом реальных условий эксплуатации. Они обеспечивают поглощение ударов и уменьшение толчков; они также защищают аккумуляторные модули от толчков, которые могут возникнуть при выходе из строя одного из модулей. Теплоизолирующие свойства этого типа решений являются еще одним преимуществом – неконтролируемый тепловой поток приводит к деградации или повреждению силовых элементов.

Наш обширный ассортимент включает в себя также крепления для компонентов и блоков аккумуляторов. Наши решения повышают ценность за счет продления срока службы аккумулятора, уменьшения количества отказов аккумулятора и содействия безопасной быстрой зарядке, а также снижения веса автомобиля, что приводит к увеличению долгосрочности эксплуатации. Детали изготавливаются из экологически чистых материалов, таких как перерабатываемый вспененный полипропилен, цена которого мало влияет на стоимость производства автомобиля.

Не стесняйтесь обращаться к нам за более подробной информацией об автокомпонентах из вспененного полипропилена.

Хотите получить более специализированные знания?

Гидропневматические аккумуляторы для хранения кинетической энергии транспортных средств: влияние сжимаемости газа и тепловых потерь на накопительную емкость

https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.04.072Получить права и содержание

Разработана динамическая модель газонаполненного аккумулятора.

Сжимаемость газа существенно влияет на размер аккумуляторов высокого давления.

Петля гистерезиса указывает на потери тепловой энергии.

Потери увеличиваются с увеличением периода циклического процесса.

Тепловая постоянная времени отличается от сжатия к расширению.

Abstract

В работе анализируются различия термодинамического поведения реальных и идеальных газов с целью определения их влияния на процессы сжатия и расширения газонаполненного аккумулятора. Поведение реального газа оказывает значительное влияние на размер аккумуляторов, используемых для рекуперации кинетической энергии транспортных средств.

В частности, подчеркивается, что конструкция аккумулятора, основанная на поведении идеального газа, обеспечивает аккумуляторы меньшего размера и, следовательно, делает невозможной полную рекуперацию энергии для гидравлических систем накопления энергии (ГЭС). Анализ термодинамических свойств газов показал, что основные различия между идеальным и реальным поведением обусловлены сжимаемостью газа. Разработана математическая модель газонаполненного аккумулятора для анализа его реального поведения при наличии необратимого теплообмена и вязких потерь.Моделирование процесса зарядки и разрядки гидропневматического аккумулятора дает понять, что гидродинамические и тепловые потери ответственны за характерный цикл гистерезиса на диаграмме p V . В качестве заряженной жидкости гидропневматического аккумулятора испытываются различные газы для имитации циклических процессов заряда и разряда. Результаты показывают различные характеристики с точки зрения объемных свойств газа, тепловой постоянной времени и теплового КПД аккумулятора.

Ключевые слова

Газовый аккумулятор

Сжимаемость газа

Рекуперация кинетической энергии

Рекуперативное торможение

Гибридный автомобиль

Рекомендуемые статьи

Посмотреть полный текст

Copyright ©

Особенности моделирования процессов теплового развития двигателя транспортного средства на основе фазово-переходных тепловых аккумуляторов

Образец цитирования: Грицук И., Матейчик В., Александров В., Прилепский Ю. и др., «Особенности моделирования процессов теплового развития двигателя транспортного средства на основе фазово-переходных тепловых аккумуляторов», SAE Technical Paper 2019-01-0906, 2019, https://doi.org/10.4271/2019-01-0906.
Скачать ссылку

Автор(ы): Игорь В.Грицук, Василий Матейчик, Валерий Александров, Юрий Прилепский, Сергей Панченко, Артур Каграманян, Владимир Волков, Юрий Черняк, Никита Володарец, Евгений Белоусов, Георгий Кухаронак, Александр Родин

Филиал: Херсонская государственная морская академия, Жешувский технологический университет, Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Украинский государственный университет железнодорожного транспорта, Государственный университет инфраструктуры и технологий, Белорусский национальный технический университет

Страницы: 13

Событие: Опыт Всемирного конгресса WCX SAE

ISSN: 0148-7191

Электронный ISSN: 2688-3627

энергий | Бесплатный полнотекстовый | Управление температурным режимом электрифицированных транспортных средств — обзор

1.Введение

Автомобильный транспорт играет важную роль в производстве парниковых газов (ПГ). Фактически, по данным Комиссии Европейского Союза, на автомобильные транспортные средства приходилось 17 % от общего объема выбросов ПГ за последнее десятилетие и 72 % выбросов ПГ на транспорте [1]. Аналогичные цифры можно найти в США, где, по данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), в 2019 г. на транспортный сектор пришлось 29 % выбросов ПГ [2], из которых около 80 % приходится на автомобильный транспорт.В таком соревновании издаются все более и более строгие правила. Электрификация транспортных средств может снизить выбросы парниковых газов при условии, что будет доступно производство экологически чистой электроэнергии [3]. Управление температурным режимом играет важную роль в повышении эффективности гибридных, подключаемых гибридных и электрических транспортных средств. Фактически, большая часть потерь энергии по-прежнему связана с генерацией тепла, и правильное управление такими тепловыми потоками может привести к повышению производительности подсистем автомобиля и повышению комфорта пассажиров.Управление температурным режимом связано не только с характеристиками автомобиля или комфортом. Правильное управление температурным режимом обеспечивает более длительный срок службы компонентов, легкий вес и снижение затрат.

Тепловое управление традиционных автомобилей с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) ориентировано только на кондиционирование двигателя и кабины. Высокая рабочая температура двигателя позволяет использовать для охлаждения окружающий воздух, а его низкий КПД обеспечивает большое количество остаточного тепла для обогрева салона. Кондиционер используется только для охлаждения салона, а специальные обогреватели салона используются только для определенных целей, при этом в большинстве случаев достаточно остаточного тепла двигателя.

Гибридные автомобили (HEV) или подключаемые гибридные автомобили (PHEV) требуют гораздо более сложной системы управления температурой. На самом деле, помимо двигателя и кабины, необходимо также учитывать аккумуляторы, моторы и силовую электронику. В частности, управление температурой батареи довольно сложно из-за ограниченного диапазона рабочих температур батарей в сочетании с требованием низкого температурного градиента. Низкая максимальная температура батарей может потребовать специальной системы охлаждения, в то время как относительно высокая минимальная температура может привести к использованию нагревателей на этапе прогрева.Требования к температуре двигателей и силовой электроники отличаются от требований к батареям и двигателям внутреннего сгорания, поэтому для них требуется специальный контур охлаждения. Специально для PHEV использование двигателя ограничено. Как следствие, для обогрева салона доступно ограниченное остаточное тепло, и может потребоваться специальный обогреватель салона.

Тепловое управление электромобилей (EV) разделяет большинство проблем систем HEV и PHEV в отношении аккумуляторов, двигателя и силовой электроники. Однако следует учитывать и частные проблемы.Последние электромобили имеют очень высокую мощность перезарядки. Как следствие, во время зарядки можно ожидать сильного повышения температуры аккумуляторов. Особенно в жарком климате может потребоваться кондиционирование батареи во время зарядки. Обогрев и охлаждение салона более важны, чем в других типах транспортных средств, поскольку энергия для обогрева и охлаждения должна обеспечиваться батареями. Кондиционирование салона может привести к значительному сокращению запаса хода автомобиля.

Терморегулирование электрифицированных транспортных средств широко обсуждается в литературе.Можно найти несколько обзорных статей, посвященных проблеме управления тепловым режимом подсистем транспортных средств [4,5,6,7,8] со специальной ссылкой на батареи [9,10,11,12,13,14,15,16,17]. ,18,19,20,21,22], для всего транспортного средства [23,24,25] или с точки зрения моделирования [26,27]. Настоящий обзор призван предоставить разработчику системы управления температурным режимом наиболее актуальную информацию о компонентах, сосредоточив внимание на самой системе. Математическое моделирование также обсуждается как необходимый инструмент для проектирования и оптимизации систем.Система терморегулирования имеет функцию обеспечения наилучшего теплового состояния подсистем автомобиля. Из-за сложности транспортного средства при проектировании системы управления температурным режимом необходимо учитывать множество различных целей, часто противоречащих друг другу [26]. В такой ситуации, чтобы найти наилучшую конфигурацию системы управления температурным режимом, разработчик должен выполнить оптимизацию на системном уровне [28,29]. На самом деле система, составленная из индивидуально оптимизированных компонентов, не является оптимальной.Необходимо учитывать взаимодействие компонентов.

Статья организована следующим образом. Во-первых, дается краткая информация о подсистемах электрифицированных транспортных средств. Затем обсуждаются требования к управлению температурным режимом и представляются его базовые архитектуры. Затем предоставляется подробный анализ основных компонентов транспортного средства с описанием связанных проблем и проблем моделирования. Наконец, рассматривается оптимизация системы терморегулирования. Статья построена как органичное введение в широкую тему терморегулирования электрифицированных транспортных средств.По каждому из рассматриваемых вопросов даны соответствующие ссылки, в том числе посвященные современному уровню техники, чтобы предоставить заинтересованному читателю необходимую информацию.

2. Тепловые требования к компонентам

В этом разделе описаны основные тепловые требования к компонентам, используемым в различных типах транспортных средств. Этот раздел предназначен для предоставления основной информации для остальной части документа, поэтому никаких конкретных ссылок не дается. Подробные ссылки будут даны в Разделе 5, посвященном каждому компоненту.

Двигатель внутреннего сгорания. Применение: IC, HEV и PHEV (IC = автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, HEV = гибридный электромобиль, PHEV = гибридный электромобиль с подключаемым модулем, EV = электромобиль). Рабочая температура 85–110 °С. Минимальная рабочая температура должна быть достигнута в кратчайшие сроки, чтобы снизить расход топлива и иметь источник тепла для обогрева салона. Обычно специальный нагреватель не используется. Нагрев двигателя ускоряется за счет уменьшения потока охлаждающей жидкости до тех пор, пока не будет достигнута желаемая температура.Сохранение тепла под капотом может быть эффективным способом ускорить фазу нагрева, когда двигатель перезапускается после относительно короткого периода времени. Фаза прогрева может быть критической, особенно для PHEV, когда двигатель можно выключить большую часть времени. Из-за высоких значений рабочих температур достаточно охлаждения окружающего воздуха.

Электродвигатель. Применение: HEV, PHEV и EV. Рабочая температура <60 °C. Электродвигатели имеют высокий КПД, поэтому на тепло рассеивается относительно небольшое количество энергии, обычно недостаточное для обогрева салона.Максимальная рабочая температура значительно выше температуры окружающей среды в большинстве климатических условий. Поэтому в большинстве случаев достаточно охлаждения атмосферным воздухом. Однако для экстремальных климатических условий может потребоваться система кондиционирования воздуха.

Силовая электроника. Применение: HEV, PHEV и EV. Рабочая температура <60 °C, специальные приложения могут иметь высокотемпературную электронику с максимальной рабочей температурой выше 100 °C. В большинстве случаев силовая электроника имеет те же температурные требования, что и электродвигатели.Обычно реализуется общая схема охлаждения для силовой электроники и двигателя.

Батарейки. Применение: HEV, PHEV и EV. Рабочая температура 20–40 °C, оптимальный диапазон температур, <50 °C, чтобы избежать повреждения или воспламенения. Необходимо избегать перегрева батареи не только для достижения максимальной производительности компонента, но и для предотвращения теплового разгона и взрыва батареи. Градиент температуры на аккумуляторе должен быть сведен к минимуму. Термически несбалансированные батареи, т. е. с разными температурами между элементами или температурными градиентами на элементах, демонстрируют снижение производительности и снижение емкости.Также следует избегать низкой температуры батареи, поскольку она приводит к деградации, ограничению мощности и уменьшению энергоемкости. Поскольку максимальная температура батареи может быть ниже температуры окружающей среды, требуется кондиционированный воздух. В некоторых случаях, особенно для современных аккумуляторов с большой зарядной мощностью и током, требуется система кондиционирования и в период заряда. При низкой температуре окружающей среды может потребоваться предварительный нагрев батареи.

Кабина. Обогрев и охлаждение салона необходимы для комфорта пассажиров.Для охлаждения кабины используется система кондиционирования воздуха. Обогрев салона может осуществляться за счет использования остаточного тепла других компонентов. На практике только двигатель может обеспечить достаточное количество остаточного тепла для эффективного обогрева салона. Для транспортных средств, у которых остаточного тепла недостаточно, в основном PHEV и EV, необходимо использовать обогреватель. Тепловые требования к кондиционированию салона сильно зависят от условий окружающей среды и количества пассажиров.

В таблице 1 приведены ориентировочные диапазоны температур для основных компонентов автомобиля.

3. Требования к тепловой системе

Для определения архитектуры системы управления температурным режимом необходимо учитывать множество факторов. Как упоминалось в разделе 2, в зависимости от типа транспортного средства присутствуют разные компоненты и, следовательно, разные характеристики управления температурным режимом. Помимо типа транспортного средства, который играет очевидную роль, важными факторами являются следующие.
  • Окружающая среда. Место, т. е. температура окружающей среды, где эксплуатируется транспортное средство, играет важную роль в определении необходимой системы терморегулирования [30].С точки зрения батареи минимальная температура окружающей среды указывает на необходимость предварительного нагрева. Максимальная температура важна для выбора между системой охлаждения с окружающим воздухом или кондиционированным воздухом. Максимальная температура также важна для фазы зарядки. На самом деле, для жаркого климата может понадобиться охлаждение аккумулятора во время подзарядки. Что касается контроля температуры в салоне, то минимальная температура может повлиять на выбор охлаждающей жидкости системы кондиционирования воздуха и на необходимость обогревателя салона.
  • Миссия и характеристики автомобиля. Миссия и характеристики автомобиля, в частности запас хода и мощность, напрямую влияют на тепло, выделяемое компонентами трансмиссии, такими как батареи, электродвигатели и силовая электроника, что влияет на требуемую систему охлаждения [24].
  • Холодный пуск и тип движения. Температура при запуске транспортного средства имеет решающее значение для расхода и загрязнения двигателей, а также для времени прогрева [31]. Частое использование для коротких поездок приводит к тому, что двигатель всегда работает при температурах ниже оптимального диапазона [32].
  • Ездовой цикл. Омологационные ездовые циклы определяют определенные условия вождения. Однако реальный ездовой цикл может отличаться для конкретного рассматриваемого транспортного средства. Различные ездовые циклы требуют различной оптимизации транспортного средства и его системы терморегулирования [33,34].
  • Омологационные требования, безопасность и качество. Система терморегулирования должна соответствовать требованиям омологации, нормам и критериям безопасности. Следует также учитывать план качества, чтобы обеспечить желаемую производительность системы [18,35].
Взаимодействие водителя и транспортного средства — еще один фактор, который необходимо учитывать, поскольку разные стили вождения приводят к разным требованиям к мощности. Математическое моделирование системы транспортного средства и водителя можно использовать для анализа стандартизированных ездовых циклов и различных моделей поведения водителей [26]. Эти модели обычно представляют собой одномерные модели, разработанные с помощью написанных от руки уравнений [36,37] или специального программного обеспечения для физического моделирования, такого как Simscape [26]. 38], Amesim [27,39], Modelica [40] и Dymola [41,42,43]. Силовой агрегат автомобиля и тепловые системы моделируются, и применяется заданный профиль скорости, либо из омологации, либо из индивидуальных циклов.Движение автомобиля сводится к движению материальной точки. Рассматриваемые компоненты автомобиля и тепловая система моделируются в виде моделей с сосредоточенными массами. В некоторых случаях справочные таблицы можно использовать для воспроизведения поведения сложных подсистем, таких как двигатель и моторы. Возможны кинематический или динамический подходы [26]. В динамические модели также включается модель драйвера, и параметры драйвера должны быть тщательно откалиброваны, поскольку они влияют на производительность, потребление и тепловые требования. В некоторых случаях также могут быть включены системы рекуперации тепла [44].

4. Архитектура системы терморегулирования

Учитывая диапазоны температур в таблице 1, с концептуальной точки зрения можно определить четыре различных тепловых контура. Возможные реализации контуров изображены на рис. 1, рис. 2, рис. 3 и рис. 4. Комбинируя и адаптируя такие контуры, можно получить систему терморегулирования любого транспортного средства.
4.1. Высокотемпературный контур
Типичная схема высокотемпературного контура показана на рисунке 1. Высокотемпературный контур предназначен для регулирования температуры двигателя внутреннего сгорания.В некоторых случаях в контур могут быть включены также турбокомпрессор [45] и масляные радиаторы [46]. Надлежащее терморегулирование двигателя преследует следующие цели [30,47,48]:
  • Поддержание двигателя внутреннего сгорания в оптимальном температурном диапазоне в широком диапазоне рабочих условий, включая переходные режимы [47]. Особое внимание следует уделить тому, чтобы избежать перегрева в любых условиях [49].
  • Сокращение выбросов загрязняющих веществ в выхлопных газах [50].
  • Уменьшите вязкость масла за счет сокращения времени прогрева и поддержания правильной температуры [51].
  • Уменьшить рассеивание мощности во вспомогательных устройствах двигателя, таких как насосы и вентиляторы [48].
  • Улучшить граничные условия горения [48].
Традиционно система охлаждения двигателя механически связана с коленчатым валом. В этой конфигурации, чтобы избежать перегрева, система обычно имеет избыточный размер [52], что отрицательно сказывается на общей эффективности. Насос и вентилятор не могут свободно управляться, а эффективность системы охлаждения не может быть оптимизирована в различных условиях работы [47].Развитие системы охлаждения двигателя идет в сторону интеллектуальных систем [48,53]. Вентиляторы и насосы приводятся в действие специальными двигателями и могут управляться независимо от частоты вращения двигателя [54,55]. Основные преимущества интеллектуальной системы охлаждения двигателя:
  • Сокращение времени прогрева. Время прогрева представляет особый интерес, так как примерно треть поездок автомобиля заканчивается до завершения прогрева двигателя и смазочного масла [32], при этом 80% поездок в США составляют менее 15 км [56], а средний пробег составляет 10 км в Европе. [57].Омологационные ездовые циклы также учитывают фазу прогрева. Сокращение времени прогрева двигателя и смазочного масла имеет ряд полезных последствий [47,58]:
    Снижение расхода топлива [59];
    Снижение потерь на трение [60].
    Значительное снижение выбросов загрязняющих веществ в циклах испытаний [62];
    Возможное снижение NOx в дизельных двигателях [63];
  • Снижение тепловых, механических и паразитных потерь за счет высокой частоты вращения двигателя [64].
  • Оптимизированное охлаждение в переходных режимах. Традиционные системы охлаждения плохо регулируются в большинстве условий [53] и в суровых условиях, таких как большая высота или холодный климат [65]. Интеллектуальные системы охлаждения могут оптимизировать поток охлаждающей жидкости в зависимости от фактического состояния автомобиля.
  • Уменьшение размера радиатора [66].
Высокотемпературный контур, как правило, включает в себя также сердечник отопителя для обогрева салона. Преимущество такой теплопередачи состоит в том, что салон прогревается отходящим теплом двигателя.Однако, поскольку кабина должна быть прогрета при запуске автомобиля, особенно в холодном климате, потребность в тепле в сердцевине отопителя может увеличить время прогрева [48]. Эта проблема особенно актуальна для PHEV, где электрический обогреватель салона часто используется для обеспечения потребности салона в тепловой энергии при холодном двигателе [67].
4.2. Среднетемпературный контур
Среднетемпературный контур предназначен для охлаждения электродвигателей и силовой электроники. Схема среднетемпературного контура представлена ​​на рисунке 2.Водяной насос не может быть подключен к двигателю либо потому, что автомобиль не оснащен насосом (EV), либо двигатель часто отключается (HEV и PHEV) и приводится в действие специальным электродвигателем. Радиатор может изменять температуру с контуром кондиционирования салона [68] или с внешней средой. В большинстве случаев из-за высокого КПД электрических машин обменного тепла недостаточно для обогрева салона. Рабочая температура электрической машины составляет порядка 60 °C, и в большинстве климатических условий для охлаждения не требуется кондиционированный воздух.Контур средней температуры может обмениваться теплом с контуром высокой и/или низкой температуры. В холодную погоду отработанное тепло можно использовать для ускорения прогрева двигателя или прогрева аккумулятора [23].
4.3. Низкотемпературный контур
Низкотемпературный контур отвечает за температурный режим батарей. В зависимости от конфигурации автомобиля, предназначения и требований доступно большое количество возможных конфигураций аккумуляторов. Как следствие, можно найти множество различных конфигураций контура управления температурой батареи.На рисунке 3 изображена возможная конфигурация низкотемпературного контура. В данном случае рассматривается жидкостная система охлаждения, однако это не единственная возможность, так как для аккумуляторов также используется воздушное охлаждение [21]. В любом случае, в зависимости от температуры окружающей среды, для отвода тепла можно использовать кондиционированный воздух и может потребоваться аккумуляторный обогреватель.
4.4. Контур кондиционирования воздуха в салоне
Управление температурным режимом в салоне осуществляется с помощью контура кондиционирования воздуха (рис. 4). Если двигатель внутреннего сгорания всегда доступен, компрессор можно подключить к ремню двигателя.Если требуется более гибкое управление компрессором или двигатель недоступен, можно использовать электродвигатель. Теплый воздух можно получить путем рекуперации отработанного тепла силового агрегата или с помощью электрического нагревателя. Для PHEV и EV доступного отработанного тепла недостаточно для обогрева салона, и обычно требуется электрический обогреватель. Контур кондиционирования кабины и низкотемпературный контур имеют очень близкие целевые температуры, поэтому в некоторых приложениях два контура строго связаны и используется только одна машина кондиционирования [69].
4.5. Моделирование контуров охлаждения
Моделирование системы управления температурным режимом транспортных средств в основном реализуется путем рассмотрения одномерных физических моделей. Такие модели способны дать точный прогноз поведения системы за разумное время вычислений. Согласно [69,70,71], такие модели могут быть реализованы с разным уровнем точности. Высокоточные модели могут моделировать сложные и кратковременные маневры; однако их вычислительные затраты относительно высоки и не могут работать в режиме реального времени.Такие модели, хотя и точны, могут быть слишком медленными для реальной разработки систем управления температурным режимом [71]. Квазипереходные модели могут работать почти в реальном времени за счет некоторых приближений в переходной фазе, в то время как точные результаты следует ожидать в установившемся режиме. Более быстрые модели могут быть получены картографическими моделями, в которых детальные расчеты теплообмена в различных компонентах заменены таблицами поиска или суррогатными моделями [72,73,74]. В [75] приведен пример картографической модели тепловой системы Сообщается о батареях высокого напряжения, и модель доступна в Matlab Simscape как встроенная демонстрация.Одномерному моделированию схем терморегулирования аккумуляторов и электродвигателей и электроники посвящено достаточно много работ [38,39,41,69,76,77,78,79]. В таких работах модели обычно реализуются с помощью написанных от руки уравнений или с использованием специального программного обеспечения для физического моделирования (например, Matlab Simulink и Simscape [38,69], Amesim [39], Dymola [41], Engineering Equation Solver [76,77]. , Моделька [78,79]). В [54, 55, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86] предложены модели системы управления тепловым режимом двигателей внутреннего сгорания с особым акцентом на реализацию и оптимизацию управления.Чтобы преодолеть ограничения 1D-моделей, но сохранить разумное время вычислений, было использовано совместное моделирование между 1D- и 3D-моделями [87,88,89,90]. В этих моделях система терморегулирования моделируется с помощью 1D-подхода, а один или несколько ключевых компонентов моделируются с помощью 3D-моделей CFD.

5. Описание и моделирование подсистем

Помимо контуров охлаждающей жидкости, также были тщательно исследованы тепловые характеристики каждого компонента электрифицированных транспортных средств. В этом разделе рассмотрены наиболее важные подсистемы электромобилей.

5.1. Аккумуляторы
Аккумуляторы, вероятно, являются наиболее изученной в настоящее время подсистемой. В обзорной статье 2019 г. [22] авторы перечисляют пятнадцать обзорных статей, посвященных технологиям управления температурой аккумуляторов и моделированию с 2004 по 2017 гг. [15,17,19,20,91,92,93,94,95,96,97, 98,99,100]. Другие современные статьи были опубликованы совсем недавно [9, 10, 12, 13, 16, 21]. Такой большой исследовательский интерес мотивирован тем, что батареи являются системой накопления энергии электромобилей и, следовательно, влияют на их производительность и спектр.Для HEV и PHEV аккумуляторы важны, поскольку они являются ключевым фактором эффективности транспортного средства и экономии топлива. В зависимости от химического состава на рынке доступно множество различных типов аккумуляторов. На Рисунке 5 и Рисунке 6 показаны карты, сравнивающие удельную энергию и количество циклов, а также удельную мощность и количество циклов для некоторых типов батарей. Удельная энергия имеет решающее значение для запаса хода автомобиля, а удельная мощность напрямую влияет на его характеристики. Количество циклов определяет ожидаемый срок службы батареи.Литий-ионные аккумуляторы демонстрируют большой потенциал для применения в транспортных средствах.
5.1.1. Влияние температуры
На значения, представленные на Рисунке 5 и Рисунке 6, сильно влияет температура с отрицательным эффектом как при низкой, так и при высокой температуре. Применительно к литий-ионным батареям необходимо учитывать различные проблемы, связанные с температурой.

Что касается низкой температуры, были исследованы следующие воздействия на батареи:

  • Уменьшение доступной энергии.При температурах ниже 0°C можно наблюдать значительное снижение емкости примерно на 40% при -20°C [100].
  • Увеличение внутреннего импеданса. Ниже -20 °C внутреннее сопротивление элементов увеличивается при снижении проводимости электролита [101, 102].
  • Старение и деградация клеток. При низких температурах диффузия ионов лития в графит уменьшается, что приводит к явлению литиевого покрытия. Это приводит к старению клеток и серьезной деградации клеток [103,104,105].Кроме того, наблюдается снижение емкости из-за потери активного материала и циклируемости [105, 106, 107, 108].
  • Продление времени зарядки. При температуре ниже 0 °С коэффициент диффузии ионов лития в разряженном состоянии ниже, чем в заряженном. Это приводит к большим трудностям при зарядке холодно разряженной батареи, чем при разрядке холодно заряженной [100, 103, 109, 110].
Рисунок 5. Удельная энергия батареи в зависимости от количества циклов (данные взяты из [12,14,20,111,112,113,114]). Рисунок 5. Удельная энергия батареи в зависимости от количества циклов (данные взяты из [12,14,20,111,112,113,114]). Рисунок 6. Удельная мощность батареи в зависимости от количества циклов (данные взяты из [12,14,20,111,112,113,114]). Рисунок 6. Удельная мощность батареи в зависимости от количества циклов (данные взяты из [12,14,20,111,112,113,114]).

Воздействие высоких температур на батареи можно резюмировать следующим образом:

  • Снижение емкости и мощности. Емкость и мощность ячейки уменьшаются по мере увеличения числа циклов при любой температуре.Однако при более высокой температуре это восстановление происходит быстрее [115, 116, 117]. В работе [116] экспериментально обнаружено увеличение скорости восстановления в 2,3 раза. Этот процесс связан с превращением активного материала батареи в неактивный с последующим увеличением импеданса [13].
  • Старение. Высокая температура увеличивает как календарное старение (связанное с периодами хранения батареи), так и циклическое старение (связанное с периодами использования батареи) батарей [117].
  • Саморазряд.При высокой температуре увеличение электронной проводимости может привести к ускорению саморазряда. Этот эффект можно наблюдать не только при длительном хранении батареи при высокой температуре, но и при кратковременном воздействии [22, 92, 118].
  • Термический разгон. Термический разгон — это критическая и опасная ситуация, при которой температура батареи превышает порог безопасности и нежелательные и неконтролируемые реакции могут привести к взрыву батареи [19, 20, 119, 120, 121, 122].Если тепло, выделяющееся внутри батареи при потреблении большого количества энергии, не отводится должным образом, температура внутри батареи может вырасти до опасных значений (приблизительно 80–100 °C). Внутри батареи происходят экзотермические реакции, повышающие температуру. Горючие электролиты могут вызвать пожар, дым и даже взрывы. Примечательно, что тепловой разгон также может происходить в припаркованных автомобилях при высоких температурах окружающей среды [19].
Помимо высоких и низких температур, другой важной проблемой является распределение температуры между элементами и батареями [13].Несбалансированные температуры элементов усугубляют проблемы, связанные с дисбалансом элементов, что приводит к более серьезной потере емкости батареи и увеличению риска теплового разгона [123]. В качестве интервала однородности температуры внутри упаковки указано значение 5 °C [124, 125]. Для этого температурного интервала можно ожидать потери емкости на 1–2 % [126].
5.1.2. Системы управления температурным режимом батареи
Таким образом, задача управления температурным режимом батареи заключается в поддержании температуры батареи в пределах рабочего диапазона и предотвращении температурных градиентов.Было предложено несколько систем управления температурой батареи. Были предложены различные классификации систем терморегулирования по разным критериям [13]. На рисунке 7 представлена ​​классификация системы терморегулирования, предложенная в [21]. На этом рисунке рассматриваются следующие три характеристики системы:
  • Требуемая мощность. Системы терморегулирования могут быть пассивными или активными. Пассивная система использует только окружающую среду, а активная система оснащена источником для нагрева или охлаждения [127].В [13] этот критерий ограничивается наличием или отсутствием парокомпрессионного цикла.
  • Среда охлаждения. Охлаждающей средой может быть воздух, жидкость или материалы с фазовым переходом (PCM). Гибридные системы объединяют две разные среды для управления температурой [21].
  • Расположение. Расположение относится к способу циркуляции охлаждающей среды. В прямых подходах среда находится в непосредственном контакте с элементами батареи, в то время как в непрямых системах между средой и элементами находится теплопроводящий материал.Расположение ячеек и поток охлаждающей жидкости сильно влияют на теплопередачу [128]. В параллельных системах все ячейки одновременно обволакиваются охлаждающей средой. Такое расположение обеспечивает лучшую однородность температуры за счет более высокой сложности [129, 130].

Поскольку однозначная классификация невозможна, в этом разделе представлены различные методы, в основном относящиеся к используемой среде.

5.1.3. Воздушное охлаждение
Воздушное охлаждение может быть реализовано в нескольких конфигурациях, включая принудительную или естественную конвекцию и окружающий или кондиционированный воздух.Можно рассмотреть три источника воздуха: окружающий воздух, воздух из системы кондиционирования воздуха и специальный блок VCC [13, 131]. В [132] реализована экспериментальная кампания по сравнению эффективности принудительной и естественной конвекции. Результаты показывают, что при средней или низкой скорости разряда естественная конвекция способна контролировать температуру батареи. Однако для более высоких скоростей сброса необходимо использовать принудительную конвекцию. Аналогичные результаты были получены и в других работах [133,134,135]. В [9, 17, 21] отмечается, что в случае большого размера батареи и плотности мощности, а также при высоких температурах окружающей среды потребность в охлаждающих мощностях может быть чрезмерной для систем управления температурным режимом воздуха.Ссылка [18] предлагает использовать воздушное охлаждение только для ГЭМ. Однако благодаря своей простоте, экономичности и низкому энергопотреблению воздушное охлаждение широко распространено на рынке [17]. Управление температурным режимом воздуха также может обеспечить подачу горячего воздуха для предварительного нагрева аккумуляторов в холодную погоду [136, 137]. В настоящее время ведется множество исследований в области управления температурным режимом аккумуляторов с воздушным охлаждением. В [138] рассматриваются конфигурации прямого и непрямого потока. Непрямое охлаждение обеспечивает более высокое снижение температуры при меньшем перепаде давления, а прямое охлаждение обеспечивает лучшую однородность.Температура и давление воздуха на входе также играют важную роль [133, 138]. Геометрия входа и выхода и расположение ячеек изучались в ряде работ [11, 139]. Были предложены ряды [124,128,140,141], параллельные [55,129,142,143,144] и смешанные последовательные параллельные [145] решения. При последовательном расположении следует ожидать температурный градиент между первым и последним рядом ячеек. При параллельном расположении можно ожидать более равномерного распределения температуры, однако присутствует температурный градиент вдоль оси ячеек.При нагнетании воздуха вентилятор используется для обеспечения желаемого потока. Путем оптимизации логики управления вентилятором можно добиться снижения поглощаемой энергии, лучшей однородности и регулировки давления на входе в соответствии с фактической скоростью нагнетания [133, 146]. В работе [147] предлагается использовать металлический пеноалюминий для лучшего распределения воздуха между камерами.
5.1.4. Жидкостное охлаждение
Системы жидкостного охлаждения, как правило, имеют более высокую охлаждающую способность, чем системы воздушного охлаждения. Однако необходимо учитывать более сложные вопросы и вопросы безопасности.В частности, необходимо избегать утечки воды на элементы. Жидкостное охлаждение можно получить при прямом или косвенном контакте теплоносителя с ячейками. Жидкость может обмениваться удаленным теплом непосредственно с окружающим воздухом или, для более высоких требований к охлаждению, может использоваться чиллер [13]. Возможен нагрев батареи. В системах прямого контакта диэлектрическая жидкость циркулирует вокруг элементов батареи [22]. В [148, 149, 150] сравниваются прямое воздушное и прямое жидкостное (минеральные и силиконовые масла) охлаждение.Использование жидкостей привело к уменьшению размеров батарейных блоков, снижению энергопотребления, повышению скорости охлаждения и коэффициентов теплопередачи. Коэффициент теплопередачи жидкости можно увеличить, добавив в жидкость наночастицы [151, 152, 153]. Новый подход к системам прямого контакта предложен в [154,155]. Аккумуляторные элементы погружаются в неподвижную жидкость, а тепло отводится за счет испарения жидкости. Путем калибровки точки кипения жидкости можно поддерживать правильную температуру ячейки [156] даже без специальной системы терморегулирования [157].В системах с непрямым контактом жидкость не соприкасается с клетками, а проходит через проводник, как правило, охлаждающие пластины [158, 159, 160, 161, 162] или трубы [163]. Основным преимуществом непрямого контактного охлаждения является возможность использования недиэлектрических жидкостей. Как правило, используемые жидкости, вода или этиленгликоль, имеют более низкую вязкость, чем масло, что приводит к меньшему потреблению энергии насосом [164]. В сочетании с чиллером для жидкостного охлаждения эта система может поддерживать правильную температуру батареи даже в самых неблагоприятных условиях окружающей среды благодаря компактной конструкции.Однако из-за дополнительной сложности возникает увеличение веса, проблемы с техническим обслуживанием и риск утечки жидкости [165]. В [166] сравнивались прямое и непрямое жидкостное охлаждение. Косвенное жидкостное охлаждение, хотя и обладает более высоким термическим сопротивлением по сравнению с прямым жидкостным охлаждением, демонстрирует наилучшие характеристики. Косвенное жидкостное охлаждение могло бы быть лучшим решением для практических приложений [167]. Тепловые трубки можно рассматривать как особый вид системы жидкостного охлаждения. Тепловые трубы представляют собой закрытые трубы, частично заполненные жидкостью.На горячей поверхности тепловая трубка поглощает тепло, и жидкость превращается в пар. И наоборот, на холодной поверхности пар снова конденсируется в жидкость. Тепловые трубы — это пассивные устройства, не имеющие движущихся частей, обладающие очень высокой теплопроводностью, однородным распределением температуры за счет процесса испарения, очень долгим сроком службы без необходимости технического обслуживания и гибкой геометрией [168]. Тепловые трубы могут быть подключены к системе генерации тепла и холода для обеспечения нагрева или охлаждения батарей [169].Были проведены расширенные экспериментальные мероприятия по применению тепловых трубок для управления температурой батареи [168, 170, 171, 172].
5.1.5. Материалы с фазовым переходом (PCM)
Материалы с фазовым переходом (PCM) используют скрытую теплоту во время фазового перехода для отвода тепла от батарей и считаются очень эффективным методом охлаждения батарей [12, 173, 174]. В частности, пассивная система терморегулирования на основе ПКМ отличается малым весом, высокой однородностью температуры, низким энергопотреблением и низкой стоимостью.Температура фазового перехода материала выбирается в соответствии с желаемой температурой батареи. Можно использовать множество различных материалов с различными фазовыми переходами. Классификации предложены в [19,175], а в [5,175] приведены достаточно полные списки материалов с температурами фазового перехода и скрытой теплотой. На рисунке 8 показаны температуры перехода, удельная скрытая теплота и объемная скрытая теплота для различных классов PCM. Помимо температуры перехода, два других свойства важны для выбора PCM, когда необходимо учитывать ограничения по массе или размеру.Основными недостатками ПКМ являются низкая скорость теплопередачи и низкая теплоемкость. Несмотря на присущую им надежность, пассивные системы PCM могут исчерпать доступное скрытое тепло в жаркую погоду или при высоких скоростях зарядки/разрядки. Для снижения потребности в тепле можно использовать гибридные системы, переключающиеся на другую среду для пикового запроса [21]. Для повышения низкой теплопроводности к ПКМ можно добавить наноматериалы с высокой теплопроводностью [12, 176, 177, 178, 179, 180]. Помимо увеличения площади контакта, они могут увеличить теплопроводность.Используются пористые среды с высокой теплопроводностью [181,182,183,184]. Добавки наночастиц могут использоваться для настройки температуры фазового перехода и изменения тепловых характеристик материала [185]. Помимо охлаждения аккумулятора, ПКМ также можно использовать в качестве тепловых аккумуляторов [5] во многих областях автомобиля, таких как подсистемы системы. предпусковой подогрев, комфорт пассажиров, сокращение времени прогрева охлаждающей жидкости, снижение колебаний температуры двигателя и буфер между элементами аккумуляторной батареи и охлаждающим воздухом. За счет использования аккумуляторов тепла предусматривается уменьшение размеров системы охлаждения.Наноматериалы и нанокомпозиты могут быть добавлены к ПКМ для увеличения их теплоемкости [186].
5.1.6. Гибридные системы
В гибридных системах более одной из ранее описанных систем управления температурным режимом для батарей используются вместе для улучшения массы, объема, стоимости и тепловых характеристик системы [122,187]. В литературе рассматривалось несколько гибридных систем, сочетающих различные системы управления температурным режимом, такие как естественный воздух с принудительным воздухом [188], естественный воздух с тепловыми трубками и распыленной водой [189], принудительный воздух с водяным охлаждением [190,191], PCM с водяным охлаждением. охлаждение [192], ПКМ с принудительной подачей воздуха [193], ПКМ с тепловыми трубками [194].
5.1.7. Тепловые модели аккумуляторов
Были предприняты большие усилия по моделированию управления температурой элементов и аккумуляторов, что привело к большому количеству статей, посвященных обсуждению этой темы. Для теплового моделирования батареи требуется надежная тепловая модель батареи. Исходя из тепла, выделяемого батареей, можно смоделировать систему терморегулирования, применяя правильные граничные условия [20]. Тепловые модели батареи реализуются с учетом электрических/электрохимических характеристик и теплового поведения батареи [195].Выделение тепла внутри батарей регулируется сложными электрохимическими реакциями, зависящими от температуры и состояния батареи [15]. Могут быть реализованы связанные, несвязанные или частично связанные модели батареи. Выделение тепла в батареях происходит за счет обратимых или необратимых потерь. Обратимое тепловыделение обусловлено изменениями энтропии, связанными с электрохимическими реакциями на катоде и аноде. Это тепло может быть положительным или отрицательным, поэтому его вклад мал на всем цикле и им можно пренебречь [196].Необратимые потери связаны с транспортным сопротивлением в твердой и электролитной фазах (омическое или джоулево тепло), перенапряжением переноса заряда на границе твердое тело-электролит и ограничениями массопереноса [197]. Внутреннее эквивалентное сопротивление батареи зависит от частоты и амплитуды и представляет собой комбинацию сопротивления, емкости и индуктивности [10]. Можно найти различные подходы к моделированию батареи. В зависимости от уровня сложности могут быть получены очень разные уровни вычислительного времени и точности [198].Используются следующие подходы к моделированию:
  • Модели эквивалентных схем. Ячейка моделируется эквивалентной схемой. Схема описана с точки зрения основных электрических компонентов [199,200]. Наиболее часто используемой эквивалентной схемой является модель RC. Ячейка моделируется как источник напряжения и ряд параллельных сопротивлений, сопротивлений и конденсаторов. Полученная модель способна предсказывать рассеянную энергию с низкими вычислительными затратами и требует настройки нескольких параметров.Таким образом, модель широко используется для проектирования управления температурным режимом транспортных средств на системном уровне. Другими используемыми моделями эквивалентных схем являются модель PNGV (Партнерство для нового поколения транспортных средств), модель Ринта (модель внутреннего сопротивления) и модель Тевенина [15].
  • Электрохимические модели. Электрохимические модели точно описывают химические реакции и генерацию заряда в клетке [20]. В [201] модель P2D (псевдодвумерная) была впервые представлена ​​с учетом пористого электрода и теории растворов.Модель достаточно точна, но требует большого времени вычислений, особенно если необходимо смоделировать много циклов [202]. Для сокращения времени расчета была представлена ​​модель PP (модель пористого электрода с полиномиальной аппроксимацией) [203], в которой модель пористого электрода имеет полиномиальную аппроксимацию. В качестве альтернативы также была представлена ​​модель SP (одночастичная), в которой пренебрегается диффузией частиц Li [204]. Эти модели имеют лучшую скорость, но были обнаружены расхождения при высоких скоростях разряда [202].
  • Парные тепловизионные модели. Эти модели объединяют электрохимические модели элемента с тепловой моделью и способны точно описать наиболее важные явления, происходящие внутри элемента батареи [198]. Трехмерные модели сосредоточенной тепловой массы рассматривают упрощенную тепловую модель с постоянной температурой в ячейке [15]. Более точные результаты могут быть получены при учете локального тепловыделения и тепловых характеристик ячейки [205, 206]. Были предложены мультимасштабные мультифизические модели для точного расчета распределения температуры внутри клеток [207, 208].
На рис. 9 различные модели, используемые для проектирования батарей, классифицированы в соответствии с направленностью исследований, временем вычислений и пространственным масштабом (данные взяты из [15,198,209,210]).
5.1.8. Модели системы управления температурным режимом батареи
Помимо тепловой модели батареи, также были разработаны математические модели системы управления температурным режимом. Более простые модели рассматривают систему терморегулирования как граничные условия для модели, описывающей батарею. Конвективные и иррадиационные процессы можно рассматривать при прямом охлаждении, тогда как проводимость является преобладающим механизмом при контакте клеток с твердым проводящим материалом (непрямое охлаждение или ПКМ) [20].Этот подход требует небольшого вычислительного времени и используется для моделирования на системном уровне. Для проектирования системы управления температурным режимом батареи используются подробные 3D-модели. Можно найти несколько подходов к описанию системы управления «батарея плюс тепловая батарея» (см., например, [174]). В [129] квазипереходная сосредоточенная тепловая модель с развязкой используется для изучения компоновки системы управления температурой батареи с принудительной подачей воздуха. CFD-моделирование в сочетании с сосредоточенной моделью одиночных элементов было реализовано в [128] для определения наилучшего расположения элементов в системе управления температурой батареи с прямым параллельным принудительным воздушным охлаждением.Аналогичный подход был использован в [193] для исследования гибридной системы охлаждения с ПХМ и принудительным воздухом. Алгоритм SIMPLE (полу-неявный метод для уравнений, связанных с давлением) в сочетании с расположением сетки в шахматном порядке и центральной разностной схемой разработан в [183] ​​для исследования системы, реализованной с PCM и металлическими пенами. Теплообмен между батареями и тепловыми трубками был проанализирован в [160] с помощью коммерческого программного обеспечения ANSYS Fluent. В [211] уравнения конечного объема и алгоритм SIMPLE (полунеявный метод для уравнений, связанных с давлением) используются для сопряжения поля температуры и скорости для моделирования управления температурой осесимметричных цилиндрических литий-ионных аккумуляторных элементов с помощью PCM, загруженного углеродом. волокна.Все рассмотренные работы сосредоточены на развитии управления температурой батареи, но модели в целом слишком сложны для анализа на уровне транспортного средства.
5.2. Электродвигатели
Электродвигатели для автомобильного применения характеризуются высокой мощностью и плотностью энергии. Текущие тенденции направлены на двигатели с еще более высокой мощностью и плотностью энергии, более высоким КПД, меньшей массой, компактными размерами и низкой стоимостью [76, 212]. Управление тепловым режимом двигателя играет решающую роль в реальных характеристиках электродвигателей [213].Классический подход к тепловому регулированию двигателя основан на опыте, начиная с условий эксплуатации двигателя и принимая большие коэффициенты безопасности. Такой подход обычно приводит к чрезмерно большим и не очень эффективным системам управления температурным режимом [24, 212, 214]. Управление температурным режимом двигателя включает выработку тепла, передачу тепла от точки генерации к системам отвода и отвод тепла. Выделение тепла связано с потерями внутри электродвигателей. В [212] определены шесть механизмов потерь.К таким механизмам, в порядке важности, относятся резистивные потери в меди в статоре и роторе, потери в железном сердечнике, потери на трение и ветер, а также потери на рассеяние под нагрузкой. Выделение тепла можно уменьшить за счет снижения потерь в двигателе за счет нескольких технологических усовершенствований, таких как изготовление более тонких пластин в роторе и статоре, увеличение теплопроводности пластин и уменьшение вихревых токов за счет осевого сегментирования магнитов [215, 216, 217]. Необходимо избегать теплопередачи. концентрация тепла. Например, магнитные потери достаточно малы, однако локально температура магнита может стать критической из-за большого пути до системы отвода тепла [212].Эффективность переноса можно повысить, выбирая для контактных поверхностей материалы с высокой теплопроводностью, для заполнения пустот в роторе и статоре можно использовать термопасты, вдоль путей теплопередачи можно использовать контактные поверхности большего размера. Могут применяться различные системы отвода тепла. В Таблице 2 приводится классификация систем отвода тепла для электродвигателей вместе с соответствующими ссылками. Тепло может отводиться от сердечника статора, крыла статора или лобовой части обмотки. В зависимости от места отвода тепла могут применяться разные технологии [218].Математическое моделирование теплового поведения электродвигателя может быть реализовано с помощью тепловой сети с сосредоточенными параметрами (LPTN), FEA и вычислительной гидродинамики (CFD) [212]. Эти анализы позволяют прогнозировать распределение температуры внутри двигателя и подходят для целей проектирования двигателя. LPTN состоит из сети тепловых узлов, представляющих описание сосредоточенных параметров компонентов двигателя, соединенных в сеть, представляющую компоненты. Можно получить 2D-модели [231] или 3D-модели [232] в зависимости от того, пренебрегают или учитывают осевой размер.Такие модели могут достаточно хорошо воспроизводить распределение температуры внутри двигателя, но требуют идентификации тепловых характеристик каждого компонента. Модели FEM [233] и CFD могут быть реализованы с учетом фактической геометрии двигателя и мультифизических подходов. Конфигурация трубок теплоносителя детально изучена [234]. Обычно требуется большое вычислительное время, но можно получить точное описание температурного поля [218].

Для анализа управления температурным режимом на уровне транспортного средства предпочтительны модели с меньшими вычислительными затратами.Можно использовать справочные таблицы, настроенные на экспериментальные данные или результаты сложных моделей.

5.3. Силовая электроника
Управление температурным режимом силовой электроники становится важной проблемой, особенно с учетом тенденций миниатюризации, высокой эффективности и компактности [24, 235]. Чрезмерно высокие температуры могут вызвать отказы и в целом снизить надежность электронных компонентов, особенно силовых модулей [236]. По этой причине требуется терморегулирование силовой электроники, чтобы избежать локальных концентраций тепла, поддерживать температуру ниже заданного значения [208], обеспечивать плавное охлаждение и равномерность температуры [235].В различных типологиях управления тепловым режимом силовой электроники используются разные носители и механизмы передачи [236]. Что касается используемой среды, можно рассмотреть следующую классификацию:
  • Твердые материалы. Твердые материалы в основном используют теплопроводность для охлаждения силовой электроники. Наиболее распространенными и экономичными являются алюминиевые радиаторы [24]. Коэффициент теплопередачи можно увеличить, используя передовые материалы для теплового интерфейса [237]. Такие материалы используются для уменьшения термического сопротивления между контактными поверхностями.Используются интерфейсные материалы на полимерной [238], углеродной [239], термопастах [240] и силиконовых гелях [240].
  • Воздух. Воздушное охлаждение может применяться путем естественной или принудительной конвекции [236]. При естественной конвекции можно добавить ребра для увеличения конвекционной поверхности. Принудительная подача воздуха более эффективна, но требует использования вентиляторов. Синтетические и пульсирующие струи могут использоваться для повышения эффективности теплопередачи [235, 241].
  • Жидкость. Жидкостное охлаждение можно получить путем прямого погружения (с принудительным потоком или без него [242, 243]) или косвенно.В последнем случае можно использовать охлаждающие пластины, микроканалы, электросмачивание или струйное соударение [236, 244]. В некоторых случаях эти методы можно использовать с двухфазными материалами. Двухфазные материалы также можно использовать в тепловых трубках и аэрозольном охлаждении [245].
  • Материалы с фазовым переходом. PCM имеют значительный потенциал для электронного охлаждения из-за высокой энергии накопления скрытого тепла и постоянной температуры во время преобразования. Для охлаждения электронных компонентов в основном используются органические ПКМ из-за их более низкой стоимости и хороших свойств [246].Однако из-за низкой теплопроводности обычно используются усилители теплопроводности, такие как наночастицы [247] или ребра [248].
Также применяются передовые технологии, такие как магнитное охлаждение, термоэлектрическое охлаждение, термотуннелирование и термоионное охлаждение [236]. геометрия. Для такого анализа CFD является мощным инструментом, позволяющим вычислить распределение температуры [249, 250].Однако из-за сложности задачи этот метод имеет большое вычислительное время и иногда проблемы со сходимостью [251]. Другим подходом является моделирование потоковой сети (FNM), которое состоит из моделей системы с сосредоточенными параметрами [251, 252, 253]. Этот метод намного быстрее, чем CFD, однако тепловые коэффициенты обычно известны только для стандартных компонентов. Можно найти гибридные подходы с использованием CFD для определения коэффициентов, используемых в модели FNM [254].
5.4. Под капотом
Для HEV и PHEV удержание тепла под капотом важно для поддержания температуры двигателя и жидкости и смягчения проблем, связанных с работой двигателей при низких температурах (см.1). Благоприятные эффекты можно увидеть как в циклах омологации, так и в реальном использовании транспортных средств. Фактически, испытание с поправкой на температуру окружающей среды содержит два цикла Всемирной согласованной процедуры испытаний в легком режиме (WLTP) при различных температурах окружающей среды, разделенных 9-часовым интервалом [255]. В реальных условиях транспортные средства обычно используются для поездок на короткие расстояния [56, 57], а HEV и особенно PHEV имеют периоды движения с выключенным двигателем. Термическая изоляция трансмиссии может снизить расход топлива и выбросы в условиях частого холодного пуска [256, 257, 258].Моделирование подкапотного сохранения тепла представляет собой особенно сложную задачу [26]. Необходимо реализовать сложные динамические CFD-модели периода выдержки с учетом геометрии компонентов подкапотного пространства, конвекции, теплопроводности и излучения. Особенно сложным является расчет термически индуцированной конвективной теплопередачи из-за плавучести [26, 258, 259, 260]. Такие модели являются дорогостоящими в вычислительном отношении, и необходимо найти компромисс между временем вычислений и точностью. В [261] трехмерная модель используется для предоставления граничных условий одномерной модели.Для электромобилей анализ под капотом важен для понимания взаимодействия между различными подсистемами автомобиля, расположенными в одной и той же закрытой среде. В [262] реализована совмещенная модель 1D/3D, чтобы понять взаимодействие между силовым агрегатом и системами кондиционирования воздуха и их влияние на систему управления температурным режимом транспортного средства.
5.5. Кабина
Система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) кабины предназначена для обеспечения комфортных условий для пассажиров транспортного средства.Качество воздуха также важно, так как содержание CO2 может увеличить риск несчастных случаев [263, 264]. Температура и влажность в салоне зависят от многих факторов, а именно от теплопередачи из окружающей среды через кузов и окна автомобиля (конвекция и излучение), тепла и влажности тела пассажиров, тепла от подсистем автомобиля и воздуха от системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Управление температурой в салоне требует разумного количества энергии, а для электромобиля эффективная система имеет решающее значение для автономности автомобиля. Согласно [265,266], в холодную погоду может наблюдаться уменьшение дальности до 50%.На самом деле, системы привода электромобилей имеют очень высокий КПД, поэтому количества теряемого тепла недостаточно для обогрева салона и необходим обогреватель [68]. Нагреватели с положительным температурным коэффициентом (PTC) мощностью от 5 кВт до 10 кВт. [267] обычно используются в качестве отопителей салона в электрифицированных транспортных средствах. Такая мощность аналогична средней потребляемой мощности во время цикла NDC, которая колеблется от 3 кВт для компактных автомобилей до 7 кВт для больших внедорожников [268, 269]. Для снижения энергопотребления при умеренно низких температурах выше -10 °C можно использовать тепловые насосы [270].Автор работы [271] показал, что тепловые насосы можно использовать и при температурах до −30 °C. В результате, помимо использования одного PTC, используются конфигурации HVAC с PTC меньшего размера и тепловыми насосами. В некоторых случаях также может быть добавлена ​​внутренняя рекуперация тепла от трансмиссии автомобиля или электрических компонентов [68, 272]. Тепловое моделирование кабины осложняется сложной геометрией интерьера, которую необходимо учитывать, а также количеством источников тепла и влаги и тонет. В зависимости от цели моделирования было разработано несколько подходов.Для проектирования систем HVAC используются высокоточные численные модели, учитывающие все вовлеченные явления, реализуемые программным обеспечением CFD [263, 273, 274]. Такие модели требуют длительного вычислительного времени. Чтобы уменьшить влияние времени вычислений, можно реализовать 1D/3D модели и суррогатные модели [275, 276]. Для проектирования системы модели с сосредоточенными параметрами или 1D физические модели разрабатываются с помощью специального программного обеспечения или рукописных уравнений [277, 278, 279, 280]. Такие модели могут учитывать статический и переходный анализ [26].

6. Оптимизация системы управления температурным режимом

С точки зрения системной инженерии оптимизация системы управления температурным режимом должна выполняться на уровне транспортного средства с учетом поведения всех подсистем. Однако из-за сложности системы и вычислительных трудностей такой подход реализуется редко. Часто оптимизация выполняется с учетом одной подсистемы. Этот подход имеет тенденцию давать частичное представление о системе, и проблемы с интеграцией могут возникнуть, когда рассматривается все транспортное средство [26].В общем, если оптимизация сосредоточена на одной подсистеме, взаимным влиянием изменения ее конструкции на всю систему и изменениями системы на ее характеристики пренебрегают. Как следствие, при интеграции различных подсистем результирующая система, состоящая из отдельных оптимизированных подсистем, не является оптимальным решением на системном уровне [269, 281]. Из-за их важности в нескольких статьях обсуждается оптимизация системы управления температурным режимом батарей. . Его оптимизация осуществляется с помощью междисциплинарных оптимизационных подходов.В [282] представлена ​​однокритериальная оптимизация системы охлаждения батареи ПКМ для минимизации массы с ограничением на распределение температуры в батарее. Генетические алгоритмы используются в [283] для максимизации числа Нуссельта в системе принудительного воздушного охлаждения. Также рассматривается многоцелевая оптимизация. В [284, 285, 286] обсуждаются многокритериальные оптимизации с помощью мультифизических моделей систем управления температурой батареи. В этих случаях разрабатываются и проверяются очень сложные модели CFD и FEM.Поскольку полученные модели требуют большого времени вычислений, для ускорения времени вычислений используются суррогатные модели. Во всех рассмотренных случаях при анализе не рассматривается система терморегулирования транспортного средства. Также рассматривается оптимизация на системном уровне. В этих случаях могут применяться различные стратегии. В [76] оптимальная по Парето оптимизация выполняется с учетом одномерной модели системы с сосредоточенными параметрами. Параметры проектирования, относящиеся к различным подсистемам, используются для оптимизации общей производительности системы.В [287] система управления температурным режимом моделируется с помощью подхода 1D CFD, где радиаторы и кабина моделируются с помощью полного 3D CFD. Эта модель использовалась для оптимизации тепловых параметров модели кабины в соответствии с экспериментальными данными. Методы совместного моделирования 1D/3D становятся все более и более важными для реализации среды моделирования, способной предоставить точные и быстрые модели для оптимизации системы [26, 27]. Особое внимание должно быть уделено разработке и оптимизации управления температурным режимом. .В [288] глубоко проанализирована оптимизация HEV. Отмечается, что для достижения наилучших характеристик системы транспортного средства необходимо одновременно оптимизировать систему управления температурным режимом и контроль. Однако из-за многодисциплинарности и сложности системы для процесса оптимизации необходимо применять специальные стратегии. Ссылаясь на теорию совместной оптимизации объекта и управления [289], прежде всего отмечается, что, хотя такие подходы дают субоптимальное решение, они обеспечивают глубокое понимание проблемы.Для оптимизации системы контроля и управления тепловым режимом (установки) возможны четыре стратегии, а именно: сначала проектирование установки, затем управление, попеременная оптимизация установки и управления, проектирование управления, вложенное в конструкцию установки, и одновременное управление и оптимизация установки. Первый подход является самым простым, но менее эффективным, поскольку он заключается в том, чтобы сначала спроектировать систему терморегулирования, а затем реализовать оптимальное управление без какого-либо взаимодействия с конструкцией системы.

7.Выводы

В этой статье основные аспекты теплового управления электрифицированных транспортных средств были проанализированы с точки зрения системной инженерии. Обзор охватил фундаментальные аспекты проектирования и оптимизации системы терморегулирования в междисциплинарной структуре. В современной тенденции повышения производительности, надежности, мощности и энергии системный инженер должен быть знаком со многими проблемами моделирования, связанными с проектированием электрифицированных транспортных средств и, в частности, с их тепловым управлением.

Во-первых, миссия и окружающая среда были рассмотрены и соотнесены с требованиями по терморегулированию. На системном уровне видение желаемого использования транспортного средства определяет цели и ограничения последующего проектирования. Были обсуждены математические инструменты, относящиеся к анализу характеристик транспортного средства и взаимодействия с водителем и окружающей средой.

Представлены базовые архитектуры схем терморегулирования основных подсистем электрифицированных транспортных средств с учетом их функций, требований и взаимодействий со ссылкой на инженерные решения и математические модели.

Управление температурой каждой подсистемы автомобиля имеет свои требования и ограничения. Аккумуляторы широко обсуждались, поскольку они являются наиболее важной подсистемой. Тем не менее, были проанализированы проблемы и возможности, касающиеся двигателей, силовой электроники, замачивания под капотом и кондиционирования воздуха в кабине. Детальное математическое моделирование таких подсистем очень сложно и требует большого вычислительного времени, так как затрагивает множество физических и термодинамических явлений. Модели должны быть адаптированы для желаемого типа анализа, суррогатные модели или модели с сосредоточенными параметрами должны использоваться для анализа на системном уровне.Стратегии совместного моделирования могут быть исследованы, чтобы сократить время вычислений и сделать более сложные модели управляемыми для оптимизации системы.

Наконец, мы обсудили оптимизацию системы терморегулирования. Для оптимизации такой сложной системы время и мощность вычислений по-прежнему являются проблемой. Существуют методы реализации оптимизации на системном уровне, но по-прежнему требуются разработки в области вычислительных моделей и методов совместного моделирования.

Надлежащая конструкция и оптимизация управления температурным режимом доказали свою эффективность и увеличили запас хода автомобиля.Изучение литературы ясно показало, что тепловое управление представляет собой сложную и междисциплинарную проблему. Некоторые явления должны быть смоделированы, что требует разработки специальных процедур оптимизации на системном уровне.

Как работает кондиционер и обогреватель вашего автомобиля?

Написано администратором . Опубликовано в Блог, Новости

Погода здесь, в Западном Вашингтоне, обычно довольно умеренная, но определенно бывают дни, когда вы хотите, чтобы кондиционер и отопление вашего автомобиля работали.Лучший способ убедиться, что ваше оборудование готово, когда оно вам больше всего нужно, — это не отставать от регулярного графика технического обслуживания автомобильных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также как можно скорее устранять проблемы. Это также помогает немного больше узнать о том, как работает ваш обогреватель и кондиционер. Узнайте больше о двух системах ниже, чтобы повысить свои шансы обнаружить проблемы до того, как они станут слишком серьезными.

Как работает автомобильный кондиционер?

Когда-то люди использовали лед, чтобы охлаждать свои автомобили, но сегодня технология, которая выталкивает восхитительно холодный воздух из ваших вентиляционных отверстий, намного сложнее.Освежающий воздух, который вы чувствуете в жаркий день, изначально был горячим воздухом, но из него удалялось тепло в ходе процесса, состоящего из нескольких этапов. Вам не нужно слишком углубляться в науку, чтобы понять высокоуровневое объяснение того, как происходит этот процесс. Для начала полезно знать, какие общие детали составляют систему кондиционирования воздуха вашего автомобиля и работают, чтобы использовать хладагент.

  • Панель управления HVAC
  • Компрессор
  • Конденсатор
  • Аккумулятор
  • Расширительный клапан
  • Испаритель
  • Двигатель вентилятора

Все эти детали приходят в действие, когда вы включаете кондиционер вашего автомобиля через панель управления HVAC.Компрессор сжимает хладагент, и он начинает терять тепло при прохождении через конденсатор. Ресивер и осушитель удаляют загрязнения и влагу, затем хладагент поступает в расширительный клапан или аккумулятор.

Все это время хладагент разгерметизируется и охлаждается. Наконец, хладагент попадает в испаритель, который удаляет всю оставшуюся влагу и еще больше снижает температуру. Оттуда двигатель системы вентиляции продувает воздух через испаритель, охлаждая его, прежде чем вытолкнуть его из вентиляционных отверстий вашего автомобиля.

 

Как часто следует заряжать кондиционер моего автомобиля?

Как видно из описанного выше процесса, хладагент абсолютно необходим для работы кондиционера. Однако со временем ваша система, вероятно, потеряет некоторое количество хладагента и в конечном итоге начнет заканчиваться. В этот момент вы начнете замечать, что воздух, выходящий из вентиляционных отверстий, не такой холодный, как раньше. Это признак того, что в вашей системе кондиционирования что-то пошло не так, и хладагент начал выходить.

Принесите свой автомобиль для осмотра, и опытный автомеханик сможет определить причину проблемы, которая привела к утечке хладагента вашего автомобиля. Оттуда они смогут решить проблему, чтобы она не повторилась. Наконец, они добавят в вашу систему больше хладагента, и система кондиционирования вашего автомобиля будет восстановлена. Тогда вы будете готовы к прохладному освежающему дню в следующий раз, когда здесь, в Вашингтоне, накалятся страсти.

 

Как часто нужно проверять кондиционер в автомобиле?

Если вы хотите быть максимально уверены, что кондиционер вашего автомобиля будет работать в следующий раз, когда он вам понадобится, рекомендуется проверять систему всякий раз, когда вы отвозите свой автомобиль для других регулярных проверок.Как и в любом другом случае, профилактическое обслуживание может помочь вам избежать более серьезных и дорогостоящих проблем в будущем. В противном случае вы будете знать, что пришло время проверить систему кондиционирования вашего автомобиля, когда она перестанет охлаждать вас в самые жаркие дни года. Это может означать, что вашему автомобилю требуется слишком много времени, чтобы остыть, или что кондиционер просто недостаточно охлаждает.

 

Как работает отопитель автомобиля?

Ваш обогреватель является частью системы, которая выполняет две функции.Помимо обогрева вашего автомобиля, он также помогает поддерживать охлаждение двигателя автомобиля. Другими словами, обогреватель вашего автомобиля связан с некоторыми очень важными функциями, которые выходят за рамки простого обеспечения комфорта вам и вашим пассажирам во время поездок на работу. Есть несколько ключевых компонентов, когда дело доходит до понимания того, как работает обогреватель вашего автомобиля:

  • Сердечник нагревателя
  • Двигатель вентилятора
  • Шланги отопителя
  • Клапан управления отопителем
  • Панель управления HVAC


Кроме того, ваш обогреватель взаимодействует с охлаждающей жидкостью, термостатом, радиатором и водяным насосом в системе охлаждения вашего автомобиля.Тепло, вырабатываемое двигателем, нужно куда-то девать, чтобы двигатель не перегревался, а вы хотите, чтобы было теплее. Это делает систему отопления вашего автомобиля беспроигрышной ситуацией. Большая часть тепла, выделяемого двигателем, уходит через выхлопную систему. Однако остальная часть переходит в охлаждающую жидкость внутри вашей системы HVAC. Этот хладагент перемещается почти так же, как хладагент перемещается для создания холодного воздуха при включенном кондиционере.

Тепло от двигателя поступает от радиатора к радиатору отопителя, который в основном действует как теплообменник.Через него проходит охлаждающая жидкость, и этот поток охлаждающей жидкости регулируется регулирующим клапаном отопителя. Поскольку тепло двигателя переносится охлаждающей жидкостью в сердцевину отопителя, устройство начинает нагреваться. В зависимости от уровней, на которые вы установили панель управления HVAC, двигатель вентилятора нагнетает воздух через сердцевину отопителя в вашу кабину с соответствующей скоростью.

 

Как часто мне нужна новая охлаждающая жидкость в моем автомобиле?

Очень важно, чтобы уровень охлаждающей жидкости оставался полным, а шланги отопителя не имели утечек.Также рекомендуется регулярно промывать и доливать охлаждающую жидкость, чтобы убедиться, что ваш двигатель может охлаждаться, а кабина может эффективно обогреваться. Как правило, мы рекомендуем менять охлаждающую жидкость в вашем автомобиле примерно каждые 30 000 миль, но, безусловно, не помешает проверять ее чаще.

 

Как часто следует проверять отопитель моего автомобиля?

Поскольку обогреватель подключен к системе охлаждения двигателя автомобиля, важно быть в курсе событий.Как только вы заметите проблему с возможностями обогрева вашего автомобиля, отвезите его в магазин для проверки, чтобы выяснить, в чем проблема. Даже если у вас нет проблем, было бы неплохо проверять систему охлаждения двигателя и обогреватель всякий раз, когда вы отвозите свой автомобиль для регулярного профилактического обслуживания автомобиля. Эти постоянные проверки помогут вам быть уверенными в том, что ваш автомобиль исправен и все работает так, как должно быть.

 

Техническое обслуживание японских автомобилей

В Greg’s Japanese Auto мы стремимся обеспечить лучшее техническое обслуживание автомобилей в Сиэтле и во всем Западном Вашингтоне.Мы обслуживаем только японский импорт, что позволило нам стать чрезвычайно специализированными. Наша команда имеет доступ ко всем инструментам и опыту, которые им необходимы, чтобы следовать передовым методам и поддерживать ваш автомобиль в отличной форме как можно дольше. Мы знаем, на какие признаки следует обращать внимание при проведении диагностических тестов вашего автомобиля, чтобы мы могли быстро решить проблемы и как можно скорее вернуть вас на дорогу. Независимо от того, связана ли проблема с вашим обогревателем, кондиционером или чем-то еще, мы докопаемся до сути.Свяжитесь с нами сегодня или запланируйте встречу онлайн.

Фото: Александру Ника

Особенности применения материалов при проектировании аккумуляторов теплоты фазового перехода двигателей транспортных средств

Термоконтроль работы двигателя автомобиля является ключевым аспектом разработки систем прогрева автомобиля. Перспективно использование аккумуляторов тепла и теплоаккумулирующих материалов с фазовым переходом. В данной статье описаны пути улучшения тепловых свойств фазовых теплоаккумулирующих материалов в процессах их проектирования, эффективные способы передачи тепла от фазовых теплоаккумулирующих материалов к теплоносителю тепловых аккумуляторов и далее к транспортным средствам.Для создания надежных теплоаккумулирующих материалов фазового перехода предлагаются различные способы их реализации. Одним из них является построение соответствующих фазовых диаграмм для определения оптимального состава теплоаккумулирующих материалов фазового перехода с повышенными теплофизическими свойствами для работы в заданном интервале температур. Другим путем является изучение явлений теплового гистерезиса при плавлении и кристаллизации с целью повышения эффективности фазового перехода теплоаккумулирующих материалов.Рассмотрено экспериментальное применение контактного аккумулятора тепла при длительном хранении автомобиля с неработающим двигателем в условиях эксплуатации. Представлены результаты экспериментальных исследований контактного теплоаккумулятора фазового перехода двигателя транспортного средства с возможным изменением измеряемых параметров с учетом эффектов гистерезиса. В целом данные результаты рекомендуются для обоснования использования теплоаккумулирующих материалов при проектировании тепловых аккумуляторов двигателей транспортных средств.Особенности исследуемой технологии теплового аккумулятора выбраны в зависимости от требований эксплуатации и назначения автомобиля.

  • URL-адрес записи:
  • Дополнительные примечания:
    • Резюме перепечатано с разрешения SAE International.
  • Авторов:
    • Грицук Игорь В
    • Александров Валерий
    • Панченко Сергей
    • Каграманян Артур
    • Соболь Оксана
    • Соболев Александр
    • Варбанец Роман
  • Дата публикации: 24 июля 2017 г.

Язык

Информация о СМИ

Тема/Указатель Термины

Информация о подаче

  • Регистрационный номер: 01827960
  • Тип записи: Публикация
  • Источник: SAE International
  • Номера отчетов/документов: 2017-01-5003
  • Файлы: ТРИС, SAE
  • Дата создания: 8 марта 2021 г., 22:26

Аккумуляторы и резервуары

Аккумуляторы (иногда называемые резервуарами) являются неотъемлемой частью большинства систем перекачки жидкости.Эти важные устройства выполняют две основные функции:
  • Объем расширения для адаптации к изменениям плотности жидкости в широком диапазоне температур
  • Положительное давление жидкости на входе для обеспечения оптимальной работы системного насоса

PDT предлагает аккумуляторы самых разных конфигураций для использования в системах жидкостного охлаждения и гидравлических силовых системах. Наши аккумуляторы обеспечивают работу без обслуживания в суровых условиях, начиная от высокопроизводительных военных истребителей и заканчивая высотными беспилотными самолетами-разведчиками с длительным сроком службы и роботизированными транспортными средствами, работающими на Марсе.PDT разрабатывает и производит аккумуляторы, подходящие для использования с широким спектром жидкостей, включая воду/гликоль, гидравлическое масло, хладагенты и диэлектрические охлаждающие жидкости.

Аккумуляторы

PDT предлагаются в двух основных конфигурациях: поршневой и сильфонный. Поршневой аккумулятор имеет подвижный элемент, поддерживаемый эластомерными уплотнениями. Во многих устройствах винтовая пружина обеспечивает усилие, необходимое для обеспечения давления жидкости в рабочем диапазоне аккумулятора. В других случаях давление на поршень воздействует регулируемый внешний источник газа.Поршневые аккумуляторы обеспечивают многолетнюю надежную работу по привлекательной цене.

В экстремальных условиях или в системах с нулевой устойчивостью к утечкам вместо поршня используется сварной металлический сильфон. В этой конфигурации поршень заменен гибкой сильфонной капсулой, не имеющей эластомерных уплотнений, подверженных износу. Герметичный газовый заряд на одной стороне сильфона обеспечивает накопленную энергию для создания давления в жидкости системы. Гибкие металлические сильфоны рассчитаны на миллионы рабочих циклов и обычно служат в течение всего срока службы транспортного средства, в котором они установлены.

PDT также является экспертом в уникальных требованиях к самонадувающимся аккумуляторам. В этой конфигурации источник высокого давления воздействует на один конец двухзонного поршня; другая сторона поршня находится в контакте с жидкостью низкого давления. Благодаря соотношению площадей между двумя сторонами поршня достигается эффект увеличения давления, который обеспечивает повышение давления жидкости без необходимости использования пружин или герметичного газового заряда. Дополнительным преимуществом бутстрепной конфигурации является то, что после удаления источника высокого давления в жидкостной системе не остается остаточного давления, что повышает безопасность и упрощает техническое обслуживание системы.

Аккумуляторы

представляют собой идеальное место для установки датчиков уровня жидкости для системы охлаждения или гидравлической системы. PDT может предоставить электронные датчики уровня жидкости с масштабируемым электрическим выходом, визуальными индикаторами или обеими функциями в одном устройстве.

Конструкция аккумулятора зависит от нескольких ключевых переменных:
  • Выбор жидкости
  • Диапазон температур эксплуатации и хранения
  • Требуемое выходное давление (обычно зависит от выбора насоса)
  • Общий объем жидкости системы
  • Требования к датчику уровня

PDT использует эти входные данные вместе с информацией о системе и/или применении автомобиля для выбора оптимального аккумулятора для каждой установки.Являясь экспертом в области центробежных и поршневых насосов, компания PDT имеет все необходимое для разработки и поставки соответствующего аккумулятора для вашей системы перекачки жидкости, даже если мы не предоставили насос. Свяжитесь с инженером по применению PDT, чтобы определить оптимальное решение аккумулятора для нужд вашей системы.

Загрузить литературу по продуктам для резервуаров Bootstrap высокого давления

Загрузить литературу по продуктам для резервуаров Bootstrap

В чем разница между батареей и аккумулятором?

Аккумуляторы незаменимы как в промышленности, так и в домашнем хозяйстве.Но что такое батарея? Вот краткий обзор одного из самых важных поставщиков энергии.

Аккумуляторы стали неотъемлемой частью нашего высокотехнологичного общества. Достаточную энергию обеспечивают химические процессы.
© Супапикс / Алами
В чем разница между батареей и аккумулятором?

Термин «батарея» используется как общий термин для хранения энергии, так и для неперезаряжаемого накопителя энергии (первичная батарея).Использование в устройстве неперезаряжаемой основной батареи (например, для длительного использования в часах) или аккумулятора (например, в смартфонах) зависит от использования.

Где используются батареи и аккумуляторы?

На практике различают два разных типа накопителей энергии: первичные и вторичные батареи. Первичные батареи можно разряжать только один раз, после чего их нельзя заряжать. Вторичные батареи, обычно известные как аккумуляторы, являются перезаряжаемыми.

По применению различают аккумуляторы для устройств, стартерные аккумуляторы и промышленные аккумуляторы.В то время как портативные батареи в основном используются в наручных часах, смартфонах, ноутбуках или фонариках, стартерные батареи в основном используются в автомобилях. Промышленные батареи устанавливаются в стационарных устройствах, таких как источники бесперебойного питания, базовые станции мобильных телефонов или вилочные погрузчики.

Что такое батарея и как она работает?

Аккумулятор представляет собой электрохимический накопитель энергии. Обычно он состоит из комбинации электрохимических элементов, так называемых гальванических элементов. Эти элементы содержат два электрода, разделенных ионопроводящим, жидким или твердым электролитом.Они состоят из различных материалов (например, лития, щелочного марганца, свинца). В зависимости от используемой химической системы аккумуляторные системы имеют разные уровни напряжения и плотности энергии. Материал, используемый для электродов, определяет, насколько велико номинальное напряжение. Энергия, которая может быть сохранена, зависит от природы и количества материала, используемого в батарее.

Во время разряда энергия, хранящаяся в химической форме, преобразуется в электрическую энергию посредством электрохимической реакции и электрического тока.

Что такое клетка?

Ячейка представляет собой основную функциональную единицу батареи, которая состоит из набора электродов с активными материалами, электролита, контейнеров, соединений и, как правило, сепараторов. Емкость ячейки определяется размером или весом, внутренней структурой и комбинацией материалов электродов.

Что такое система управления батареями?

Система управления батареями представляет собой электронную схему, которая обеспечивает правильную работу батареи и отслеживает ее характеристики, такие как напряжение отдельных элементов батареи, напряжение элементов под нагрузкой и внутреннее сопротивление.Важные для безопасности события, такие как перезарядка, глубокая разрядка, высокие температуры, короткие замыкания и т. д., также обнаруживаются и предотвращаются во время работы.

.

alexxlab

E-mail : alexxlab@gmail.com

Submit A Comment

Must be fill required * marked fields.

:*
:*