Gestion thermique dans les NEV: intégration et pompes à chaleur co₂

Les sources mettent en évidence deux tendances primaires de l'industrie dans les systèmes de gestion thermique automobile, en particulier dans le paysage évolutif de nouveaux véhicules énergétiques (NEV):

• Intégration des systèmes de gestion thermique
• Avancement du dioxyde de carbone (CO2 ou R744)

Ces tendances sont motivées par la complexité accrue et l'importance cruciale de la gestion thermique dans les NEV, qui doivent gérer la chaleur pour la batterie, le contrôle électronique du moteur et le chauffage de la cabine efficacement pour garantir la sécurité, les performances et le practice prolongé.

1. Intégration des systèmes de gestion thermique

Ce que c'est:L'intégration fait référence à une approche de conception et de fabrication où les fonctions traditionnellement gérées par plusieurs composants distincts sont combinées en une seule unité modulaire. Cela permet à un module de remplacer plusieurs pièces individuelles, conduisant à un système plus rationalisé. Pourquoi cela se produit (avantages):
Coût du système réduit:Les composants d'intégration peuvent réduire les coûts globaux de fabrication et d'assemblage.
Espace du système élargi (compacité):Cela conduit à une structure plus compacte, économisant un espace précieux dans le véhicule.
Poids et volume inférieurs:Moins de pièces et de connecteurs individuels réduisent le poids global et le volume du système de gestion thermique.
Amélioration de l'efficacité énergétique:Les systèmes intégrés sont conçus pour une consommation d'énergie de gestion thermique plus faible et une plage de température de fonctionnement plus large. Par exemple, un système hautement intégré peut obtenir une amélioration de 100% de l'efficacité énergétique.
Performances et fiabilité améliorées:En réduisant le nombre de connexions et en optimisant la disposition, les systèmes intégrés peuvent améliorer la correspondance des composants et augmenter la fiabilité. Le TMS de Huawei, par exemple, réalise une augmentation de 60% de l'efficacité d'étalonnage.
Meilleure utilisation de la chaleur:Les systèmes intégrés utilisent pleinement la chaleur à partir de sources comme la pompe à chaleur, la chaleur des déchets moteurs et la chaleur du compresseur pour fournir un chauffage supplémentaire, éliminant efficacement le besoin de radiateurs PTC à haute tension pour un chauffage général.
Assemblage simplifié:Il peut entraîner une réduction significative du nombre de tuyaux (par exemple, une réduction de 40%) et une charge de travail d'assemblage (par exemple, une réduction de 60%).

Défis:
Complexité de contrôle accrue: Bien que la structure physique se simplifie, les stratégies de contrôle des systèmes intégrées deviennent plus complexes pour gérer différentes exigences thermiques dans divers environnements et systèmes.

Exemples et implémentation: Tesla Model Y est connu pour introduire d'abord le concept de gestion thermique intégrée, avec un système de climatisation à pompe à chaleur, un PTC à basse tension (pour un usage supplémentaire), un moteur, un compresseur, une "valve à huit voies", des vannes de commande, des pompes à eau et un réservoir de débordement. Ce système intègre fortement la structure, est compact, à faible coût et utilise efficacement la chaleur. La "valve à huit voies" est un composant clé du système intégré de Tesla.
D'autres fabricants suivent cette tendance, avec des modèles comme BYD Dolphin et des véhicules équipés du système TMS de Huawei (par exemple, AVITA 11) adoptant des solutions intégrées.
BYD Dolphin utilise spécifiquement la technologie intégrée de pompe à chaleur avec un refroidissement direct et un chauffage pour sa batterie de lame, en utilisant le réfrigérant directement sur le liquide de refroidissement traditionnel. Son architecture de réfrigérant complexe comprend six soupapes de solénoïde et trois vannes d'expansion électronique pour diverses fonctions commeChauffage de batterie / refroidissement et chauffage de cabine / refroidissement.
Lecture connexe:Système de pompe à chaleur Dolphin BYD

S / n	Définition
1	Vanne de chauffage de batterie
2	Vanne de solénoïde de refroidissement de la batterie
3	Vanne d'échange de chaleur à l'air
4	Source d'échange de chaleur de la source d'eau
5	Cloue d'électricité de chauffage de la climatisation
6	Cloue d'électrovanne de refroidissement de la climatisation
7	Soupape d'expansion du solénoïde de réfrigération
8	Valve d'expansion électronique chauffante
9	Valve d'expansion électronique bidirectionnelle intermédiaire

Le TMS de Huawei possède la plus grande intégration de l'industrie, combinant 12 composants (compresseur, PTC, etc.) pour réduire le nombre de tuyaux de 40% et l'assemblage de la charge de travail de 60%. Il dispose d'une pompe à chaleur à température ultra-bas (-18 ° C) pour une application plus large.

Impact sur les composants:
La tendance d'intégration entraîne spécifiquement une nouvelle demande de tuyaux en caoutchouc automobile. Les tuyaux en caoutchouc sont essentiels pour le liquide de refroidissement en circulation dans les systèmes de refroidissement NEV. Avec le passage àTechnologie de pompe à chaleuret la gestion thermique intégrée de véhicule entier, la demande de tuyauterie augmente considérablement. Les véhicules électriques purs peuvent utiliser 20 à 35 ensembles de tuyaux et des véhicules hybrides jusqu'à 40 à 50 ensembles, par rapport à 11-16 ensembles dans les voitures traditionnelles. Cela signifie une augmentation de 3x du volume d'utilisation. La valeur de véhicule à un seul véhicule dans les NEV peut être 2 à 3 fois celle des véhicules à carburant traditionnels, avec de nouveaux véhicules énergétiques utilisant environ 46 mètres de tuyauterie par véhicule. Les nouvelles exigences comprennent une température élevée, une haute pression, un scellage et des propriétés huile résiduelles faibles pour les tuyaux.

2. Avancement du dioxyde de carbone (CO2 ou R744)

Ce que c'est:Cette tendance implique l'adoption de systèmes de climatisation à pompe à chaleur qui utilisent du dioxyde de carbone (R744) comme réfrigérant. Ceci est considéré comme une alternative prometteuse aux solutions de chauffage de cabine NEV actuelles.

Pourquoi c'est important (avantages):
Convivialité environnementale: le CO2 (R744) a un potentiel de réchauffement climatique (GWP) de 1, ce qui le rend beaucoup plus respectueux de l'environnement que R134A (GWP de 1430) et même R1234YF (GWP de 1). Les pressions réglementaires, en particulier en Europe, suppriment les réfrigérants à haut GWP.

Propriété	R744	R134A	R1234YF
Formule chimique	CO2	Cf3ch2f	Cf3cf = ch2
Masse moléculaire relative	44	102.03	114.04
Point d'ébullition / ° C	-78	-26.1	-29.4
Température critique / ° C	31	101.1	94.85
Pression critique / MPA	7.38	4.059	3.38
GWP	1	1430	1
Classification de sécurité	A1	A1	A2L
Caractéristiques	Haute efficacité, faible coût, augmentation de la pression	Pas respectueux de l'environnement	Restrictions de brevet, mauvaise efficacité de refroidissement

Efficacité de chauffage supérieure:Les pompes à chaleur R744 offrent d'excellentes performances de chauffage, même à des températures très froides. Ils peuvent maintenir un coefficient de performance (COP) de 2 même à -20 ° C, ce qui est notablement supérieur aux systèmes R134A. Cela aborde directement le problème de la plage réduite des NEV pendant l'hiver en raison du chauffage de la cabine. Pour le contexte, un radiateur PTC a un COP de 1, consommant 5,5 kW pour 5 kW de chaleur, tandis qu'une pompe à chaleur ne consomme que 2,5 kW pour le même 5 kW de chaleur.
Sécurité: le CO2 (R744) a une cote de sécurité de A1.

Défis et valeur accrue:
Exigences à haute pression: En raison du point d'ébullition inférieur du CO2, l'ensemble du système de réfrigération doit fonctionner à des pressions beaucoup plus élevées. La prise à haute pression peut atteindre 18 MPa, avec des températures allant jusqu'à 180 ° C. Ceci est significativement plus élevé que la pression 1 MPa et la température de 80 ° C dans les systèmes R134A traditionnels.
Demandes techniques accrues: cela nécessite des composants plus robustes, conduisant à des exigences techniques plus élevées pour des pièces comme lacompresseur électrique, tuyaux et vannes. Il nécessite également des capteurs de pression pour surveiller la pression du système.
Compatibilité des matériaux: le CO2 peut réagir avec les matériaux du tuyau, augmentant encore des difficultés techniques.
Coût plus élevé: Le besoin de composants spécialisés à haute pression et résistants à haute température fait augmenter le coût du système. La valeur de véhicule unique d'un système de pompe à chaleur CO2 est estimée à 9 600 yuans, ce qui est nettement supérieur à un système PTC traditionnel (5 400 yuans) ou une pompe à chaleur R134A (6 860 yuans). Cette valeur accrue est principalement observée dans le compresseur électrique, les tuyaux de climatisation, les capteurs et les vannes.

Les efforts du fabricant national de Chine:
Les fabricants chinois investissent activement dans des composants clés pour les systèmes de pompe à chaleur CO2, tels que les compresseurs électriques et les vannes d'expansion électronique.
Les commandes intelligentes de Sanhua fournissent déjà des vannes d'étendue électronique CO2, des vannes d'arrêt, des vannes à contre-courant, des vannes de régulation, des vannes à quatre voies et des séparateurs à gaz-liquide pour certains modèles européens de pompe à chaleur CO2.
CRAI Electric recherche des systèmes de tuyauterie de CO2 à haute pression et a dépassé la certification expérimentale MEB de Volkswagen, passant à la production de pré-lots.
Le Welling Automotive de Midea a introduit un compresseur électrique rotatif du CO2 qui peut effectivement chauffer même à -35 ° C, augmentant potentiellement la plage de 20% par rapport aux pompes à chaleur traditionnelles.
En résumé, ces tendances reflètent un effort continu pour optimiser la consommation d'énergie et améliorer les performances et la sécurité des NEV, évoluant vers des solutions de gestion thermique plus sophistiquées, intégrées et efficaces.