Autoteollisuuden LVI-kehitys sähköistystrendin alla
Ajoneuvojen sähköistämisen ja älykkyyden aallon alla sähköajoneuvot ovat kehittyneet nopeasti. Sähköajoneuvojen myynti on kasvanut nopeasti viime vuosina, mutta monet kuluttajat vaivaavat edelleen "etäisyysahdistusta" ja "turvallisuusahdistusta". Matkamatkan ongelma on erityisen ilmeinen matalissa lämpötiloissa. Kun sähköajoneuvoa ajetaan matalissa lämpötiloissa, ajoneuvon ajokyky voi heikentyä yli 40 % lämmittimen käytön ja akun heikentyneen suorituskyvyn vuoksi. Turvallisuuden näkökulmasta auton sähkölaitteiden akku ja lämmönhallinta ovat myös erityisen tärkeitä. Nämä ongelmat vaativat tehokkaamman autojen lämmönhallintajärjestelmän ratkaistakseen. Yksinkertaisesti sanottuna autojen lämmönhallintajärjestelmä sisältää pääasiassa siihen liittyviä osia, kuten LVI-, akun lämmönhallinnan, moottorin elektronisen ohjauksen ja suuritehoisten sähkölaitteiden lämmönhallinnan.
Niistä ajoneuvon LVI (Heating, Ventilation, and Air Conditioning, HVAC) tarkoittaa järjestelmää tai siihen liittyviä laitteita, jotka vastaavat ajoneuvon lämmityksestä, ilmanvaihdosta ja ilmastoinnista. Tarkemmin sanottuna LVI on jaettu pääasiassa toisiinsa liittyviin komponentteihin, kuten jäähdytyslaitteisiin, lämmityslaitteisiin ja ihmiskoneliitäntään (HMI).
Seuraavaksi tarkastellaan LVI:n kylmälaitetta, lämmityslaitetta ja HMI:tä ja keskitymme sähköajoneuvojen LVI-tekniikan teknisiin ratkaisuihin ja kehitystrendeihin.
1. Jäähdytyslaite
Autojen LVI-jäähdytyslaite on samanlainen kuin yleinen ilmastointilaite, joka käyttää kylmäaineen puristuksen, tiivistymisen, laajenemisen ja haihdutuksen tilasykliä lämpötilan hallinnan saavuttamiseksi. Lämmönsiirto tapahtuu pääasiassa kylmäaineen tilan muutosten kautta. Jäähdytysyksikön pääkomponentit, jotka vastaavat yllä olevista toiminnoista, ovat kompressori, lauhdutin, paisuntaventtiili, vastaanotin/kuivain ja höyrystin.
Kuten kuvasta näkyy, nestemäinen kylmäaine imee lämpöä matkustamosta ja haihtuu kaasumaiseen tilaan höyrystimessä. Sitten höyry imetään ulos höyrystimestä kompressorin avulla, joka puristaa höyryn nostaen sen painetta. Kompressorin tuottama korkeapaineinen, korkean lämpötilan höyry jäähdytetään sitten lauhduttimessa olevalla ulkoilmalla ja kondensoidaan korkeapaineiseksi nesteeksi. Neste laajenee ja puristuu paisuntaventtiilissä ennen kuin se menee höyrystimeen. Yllä oleva prosessi muodostaa jatkuvan syklin. Haihdutusprosessi imee lämpöä ympäröivästä ilmasta jäähdytysvaikutuksen aikaansaamiseksi, ja kylmä ilma puhalletaan matkustamoon tuulettimen kautta.
2. Lämmityslaite
Polttomoottorilla varustetuissa ajoneuvoissa ajoneuvoa on helpompi lämmittää kuin jäähdyttää. Polttomoottorin muunnoshyötysuhde on alhainen (noin 30 %) ja se tuottaa enemmän lämpöä käytön aikana. Tämä lämpö virtaa jäähdytysnesteen kautta lämmittimen ytimeen, ja sitten yksinkertaisella ohjauksella ohjattava kuuma ilma voidaan puhaltaa ohjaamoon puhaltimen kautta. , pitäen ohjaamon lämpötilan vakiona. Prosessi on erittäin taloudellinen ja yksinkertainen, ja se voidaan suorittaa niin kauan kuin polttomoottori toimii. Se ei vaadi lisäpolttoainetta eikä lisää polttoaineen kulutusta. Mutta sähköajoneuvoissa lämmitys on suhteellisen monimutkainen toimenpide. Tällä hetkellä yleisimpiä lämmitysratkaisuja ovat PTC ja lämpöpumput.
PTC (positiivinen lämpötilakerroin, positiivinen lämpötilakerroinvastus) on tyypillinen puolijohdevastus, jolla on positiivinen lämpötilaherkkyys. Jännitettäessä se tuottaa lämpöä, jota voidaan käyttää ilmastoinnin lämmitykseen. Kun PTC käynnistetään ensimmäisen kerran, sen vastus näyttää hitaasti laskevaa trendiä lämpötilan noustessa, eli sen lämpöarvo huoneenlämpötilassa on alhainen; kun lämpötila ylittää Curie-lämpötilan, sen vastusarvo pienenee lämpötilan mukana. Lisäys on asteittainen lisäys, ja todellinen suorituskyky on, että se lakkaa toimimasta automaattisesti. PTC-elementtinä lämmitykseen sen automaattinen vakiolämpötilaominaisuus voi poistaa monimutkaisen lämpötilan säätöpiirin tarpeen. Sähköajoneuvoissa PTC saa virtaa suoraan korkeajännitteisestä akusta, ja sitten sen lämmitystilaa ohjataan yksinkertaisella PWM-kytkimellä erittäin yksinkertaisen ja luotettavan lämmitysjärjestelmän aikaansaamiseksi.
Vaikka PTC:llä on yksinkertaisen rakenteen, kestävien materiaalien ja hyvän lämmitysvaikutuksen ominaisuudet, järjestelmän rakenne, jossa se saa virtaa suoraan korkeajännitteisestä akusta, saa lämmitysprosessin vaikuttamaan sähköajoneuvojen matkamatkaan. Tutkimukset osoittavat, että PTC:n käyttö lyhentää sähköajoneuvojen akun käyttöikää noin 24 %.
Toinen ratkaisu on lämpöpumppu. Eräänä resistiivisenä elementtityyppinä PTC:n COP:n (Coefficient of Performance, lämmitystehokkuus) raja on 100 % eli sähköenergiaa voidaan muuntaa enintään samaksi määräksi lämpöenergiaa, kun taas lämpöpumppu voi olla esim. jopa 300 %. Lämpöpumpun toimintaperiaate on samanlainen kuin kotitalouksien ilmastointilaitteen. Kylmäaine virtaa kaksisuuntaisesti ilmastointilaitteen höyrystimessä ja lauhduttimessa nelitieventtiilin kautta siirtäen lämpöenergiaa matalan tason lämmönlähteestä korkean tason lämmönlähteeseen, jolloin saavutetaan lämmitys- tai jäähdytysvaikutus. Tämä "lämmönsiirto" Verrattuna PTC-tilaan, ei-"lämpöä tuottava" prosessi voi säästää merkittävästi sähköenergiaa, mikä laajentaa tehokkaasti sähköajoneuvojen matka-aluetta ja siitä tulee tärkeä LVI-sovellustrendi sähköajoneuvoissa.
3. HMI
Jos moottori saa auton liikkumaan, antaa autolle elinvoimaa ja on auton tavaratila, niin käyttöliittymä antaa autolle viisautta ja ajattelua ja on auton sielu. Siksi HMI-järjestelmäratkaisut ovat aina olleet autojen OEM-valmistajien arvostettuja. OEM-valmistajien on tarjottava kuljettajille ja matkustajille turvallinen, joustava ja mukava navigointi- ja viihdekokemus. Samalla tämä on myös tärkeä tekijä tuotteiden erilaistumisen muovaamisessa. Viime vuosina autojen sähköistyessä ja suurten uusien moottoriajoneuvojen valmistajien vauhdissa HMI on vähitellen kehittynyt kohti keskittämistä, näyttöä ja älykkyyttä, kuten älypuhelimien kehitys. Usein LVI:llä ei ole enää täysin itsenäistä HMI-liitäntää, vaan se on jaettu muiden toimintojen kanssa.
