Как тепловые насосы улучшают электроавтомобили?
200-летняя технология тепловых насосов повышает эффективность новейших электо автомобилей
Исторически единственной связью между автомобилем и скромным бытовым холодильником была система кондиционирования воздуха. Однако теперь эта связь укрепляется, поскольку та же технология может сыграть существенную роль в расширении диапазона электромобилей и сокращении времени их зарядки.
Отношения автомобиля с теплом носят любовно-ненавистный характер, и только потому, что мы неуклонно переходим от сжигания топлива к получению энергии от аккумулятора, это не изменится сильно.
Нагревание является неизбежным следствием сжигания топлива, но как только в двигателе внутреннего сгорания разгорается огонь, а жидкость превращается в расширяющийся газ для приведения в действие поршней или турбин, оставшееся тепло становится незваным гостем, которого никто не хочет. Его создание тратит более половины энергии, содержащейся в топливе, которое высасывается из двигателя системой охлаждения и сбрасывается в окружающий воздух.
Мощные электрические системы в электро автомобилях также выделяют огромное количество тепла, и его негативное влияние на дальность и время зарядки аккумулятора вызывает недоумение. Но там, где когда-то была стратегия, чтобы тратить ее впустую, сейчас основное внимание уделяется спасению всех джоулей и принуждению его заработать. Вот тут-то и появляется тепловой насос, своего рода рефрижераторный аппарат, и инженеры его используют.
Бытовой холодильник содержит компрессор и герметичную систему трубок, заполненных газообразным хладагентом. Когда этот газ сжимается, он нагревается (как они делают; попробуйте закрыть кончик велосипедного насоса большим пальцем). Следующая остановка для горячего газа — это извилистая трубка в задней части холодильника, называемая конденсатором.
Точно так же, как автомобильный радиатор, конденсатор излучает тепло, в свою очередь охлаждая охлаждающий газ, который разжижается и проходит в сеть трубок, называемых испарителем. Объем испарителя больше, чем объем конденсатора, поэтому давление падает, жидкий хладагент испаряется и температура падает, охлаждая холодильник.
Блок кондиционирования воздуха работает таким же образом, но тепловой насос обычно делает это в обратном порядке, при этом тепло от конденсатора используется для повышения температуры в аккумуляторе или кабине.
В электро автомобиле можно использовать как реверсивные тепловые насосы, так и для нагрева батареи, и для ее охлаждения. При охлаждении излишки тепла от батареи можно направлять в отопитель салона. Тепловой насос также может передавать тепло из окружающего воздуха в обогреватель кабины. Nissan Leaf был первым, кто сделал это, но не все электро автомобили уже приняли эту технологию.
Рециркуляция тепла снижает количество энергии, потребляемой от батареи электро автомобиля, для поддержания комфортной температуры для пассажиров, а управление температурой батареи до того, как автомобиль прибывает на зарядную станцию (с использованием спутниковой навигационной информации), означает, что она может быть доведена до оптимальной температуры зарядки, и сокращая время зарядки.
Это волшебство приходит бесплатно? Не совсем, потому что работа компрессора выполняется, но предполагается, что тепловой насос, потребляющий 1 кВт энергии, может вырабатывать мощность, в три раза большую, чем тепловая энергия.
Эти маленькие устройства, работающие на жаре от чашки кофе, называются двигателями Стирлинга. В противоположность двигателям внутреннего сгорания, они превращают тепло из внешнего источника в механическую энергию. Подобно тепловым насосам, эта концепция древняя, но была исследована как способ использования отработанной тепловой энергии от трансмиссии автомобиля для эффективного использования, например, для выработки электроэнергии.
Отношения автомобиля с теплом носят любовно-ненавистный характер, и только потому, что мы неуклонно переходим от сжигания топлива к получению энергии от аккумулятора, это не изменится сильно.
Нагревание является неизбежным следствием сжигания топлива, но как только в двигателе внутреннего сгорания разгорается огонь, а жидкость превращается в расширяющийся газ для приведения в действие поршней или турбин, оставшееся тепло становится незваным гостем, которого никто не хочет. Его создание тратит более половины энергии, содержащейся в топливе, которое высасывается из двигателя системой охлаждения и сбрасывается в окружающий воздух.
Мощные электрические системы в электро автомобилях также выделяют огромное количество тепла, и его негативное влияние на дальность и время зарядки аккумулятора вызывает недоумение. Но там, где когда-то была стратегия, чтобы тратить ее впустую, сейчас основное внимание уделяется спасению всех джоулей и принуждению его заработать. Вот тут-то и появляется тепловой насос, своего рода рефрижераторный аппарат, и инженеры его используют.
Бытовой холодильник содержит компрессор и герметичную систему трубок, заполненных газообразным хладагентом. Когда этот газ сжимается, он нагревается (как они делают; попробуйте закрыть кончик велосипедного насоса большим пальцем). Следующая остановка для горячего газа — это извилистая трубка в задней части холодильника, называемая конденсатором.
Точно так же, как автомобильный радиатор, конденсатор излучает тепло, в свою очередь охлаждая охлаждающий газ, который разжижается и проходит в сеть трубок, называемых испарителем. Объем испарителя больше, чем объем конденсатора, поэтому давление падает, жидкий хладагент испаряется и температура падает, охлаждая холодильник.
Блок кондиционирования воздуха работает таким же образом, но тепловой насос обычно делает это в обратном порядке, при этом тепло от конденсатора используется для повышения температуры в аккумуляторе или кабине.
В электро автомобиле можно использовать как реверсивные тепловые насосы, так и для нагрева батареи, и для ее охлаждения. При охлаждении излишки тепла от батареи можно направлять в отопитель салона. Тепловой насос также может передавать тепло из окружающего воздуха в обогреватель кабины. Nissan Leaf был первым, кто сделал это, но не все электро автомобили уже приняли эту технологию.
Рециркуляция тепла снижает количество энергии, потребляемой от батареи электро автомобиля, для поддержания комфортной температуры для пассажиров, а управление температурой батареи до того, как автомобиль прибывает на зарядную станцию (с использованием спутниковой навигационной информации), означает, что она может быть доведена до оптимальной температуры зарядки, и сокращая время зарядки.
Это волшебство приходит бесплатно? Не совсем, потому что работа компрессора выполняется, но предполагается, что тепловой насос, потребляющий 1 кВт энергии, может вырабатывать мощность, в три раза большую, чем тепловая энергия.
Эти маленькие устройства, работающие на жаре от чашки кофе, называются двигателями Стирлинга. В противоположность двигателям внутреннего сгорания, они превращают тепло из внешнего источника в механическую энергию. Подобно тепловым насосам, эта концепция древняя, но была исследована как способ использования отработанной тепловой энергии от трансмиссии автомобиля для эффективного использования, например, для выработки электроэнергии.
