Aufbau, Schaltkreis, elektronische Steuerung, Steuerungssystem und Funktionsprinzip der Klimaanlage eines Elektrofahrzeugs
1. Struktureller Aufbau der Klimaanlage von rein elektrischen Fahrzeugen der neuen Generation
Die Klimaanlage von Elektrofahrzeugen ist im Prinzip identisch mit der von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und besteht aus Kompressoren, Kondensatoren, Verdampfern, Lüftern, Gebläsen, Expansionsventilen sowie Hoch- und Niederdruckleitungen. Der Unterschied liegt in der Funktionsweise: Der Kompressor verfügt nicht über die gewohnte Energiequelle, sondern wird ausschließlich von der Fahrzeugbatterie angetrieben. Dies erfordert einen zusätzlichen Antriebsmotor, der zusammen mit dem Kompressor und dem Steuergerät – kurz: ein elektrischer Scrollverdichter – verbaut ist.
2. Steuerungsprinzip des Klimaanlagensystems eines rein elektrischen Fahrzeugs mit neuer Energiequelle
Das Fahrzeugsteuergerät ∨CU erfasst die Signale des Klimaanlagenschalters, des Klimaanlagendruckschalters, der Verdampfertemperatur, der Windgeschwindigkeit und der Umgebungstemperatur, bildet daraus über den CAN-Bus ein Steuersignal und sendet dieses an das Klimaanlagensteuergerät. Dieses steuert anschließend das Ein- und Ausschalten des Hochspannungskreises des Klimakompressors.
3. Funktionsprinzip des Klimaanlagensystems für rein elektrische Fahrzeuge mit neuer Energiequelle
Der elektrische Klimakompressor der neuen Energiequelle ist die Energiequelle des Klimaanlagensystems von rein elektrischen Fahrzeugen mit neuer Energiequelle. Hier trennen wir die Kühlung und Heizung der Klimaanlage mit neuer Energiequelle:
(1) Das Funktionsprinzip der Kälteanlage von rein elektrischen Fahrzeugen mit neuer Energie
Wenn die Klimaanlage funktioniert, sorgt der elektrische Klimakompressor dafür, dass das Kältemittel im Kühlsystem normal zirkuliert. Der elektrische Klimakompressor komprimiert das Kältemittel kontinuierlich und leitet es zum Verdampferkasten. Dort nimmt das Kältemittel Wärme auf und dehnt sich aus, wodurch der Verdampferkasten gekühlt wird. Daher ist die vom Gebläse ausgestoßene Luft kalte Luft.
(2) Das Heizprinzip der Klimaanlage von rein elektrischen Fahrzeugen der neuen Generation
Die Klimaanlage von herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor nutzt das Hochtemperatur-Kühlmittel im Motor. Nach dem Einschalten der Warmluftzufuhr strömt das Hochtemperatur-Kühlmittel durch den Warmluftbehälter, und auch die vom Gebläse erzeugte Luft durchströmt diesen, sodass die Klimaanlage warme Luft ausstoßen kann. Elektrofahrzeuge hingegen verfügen über keinen Motor. Derzeit wird die Heizung der meisten auf dem Markt befindlichen Fahrzeuge mit alternativen Antrieben mittels Wärmepumpen oder PTC-Heizelementen realisiert.
(3) Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe ist wie folgt: Dabei verdampft die niedrigsiedende Flüssigkeit (z. B. das Kältemittel in der Klimaanlage) nach der Dekompression durch das Drosselventil, nimmt Wärme aus einem kälteren Bereich (z. B. der Umgebungsluft) auf und wird anschließend vom Kompressor komprimiert. Dadurch steigt die Temperatur, die aufgenommene Wärme wird über den Kondensator abgegeben, die Flüssigkeit verflüssigt sich und strömt zurück zum Drosselventil. Dieser Kreislauf transportiert kontinuierlich Wärme von kälteren zu wärmeren Bereichen. Die Wärmepumpentechnologie kann 1 Joule Energie nutzen und mehr als 1 Joule (oder sogar 2 Joule) Energie von kälteren Orten transportieren, was zu erheblichen Energieeinsparungen führt.
(4) PTC ist die Abkürzung für Positiver Temperaturkoeffizient und bezeichnet Halbleitermaterialien oder -bauteile mit einem hohen positiven Temperaturkoeffizienten. Durch das Laden des Thermistors erwärmt sich dessen Widerstand und damit die Temperatur. PTC erreicht im Extremfall eine Energieumwandlung von 100 %. Aus einem Joule Energie wird maximal ein Joule Wärme erzeugt. Bügeleisen und Lockenstäbe, die wir täglich verwenden, basieren auf diesem Prinzip. Das Hauptproblem der PTC-Heizung ist jedoch der Stromverbrauch, der die Reichweite von Elektrofahrzeugen beeinträchtigt. Ein 2-kW-PTC-Thermistor verbraucht beispielsweise bei Volllastbetrieb 2 kWh Strom pro Stunde. Bei einer Fahrstrecke von 100 Kilometern und einem Verbrauch von 15 kWh reduziert sich die Reichweite um 13 Kilometer. Viele Autobesitzer in nördlichen Ländern beklagen die stark gesunkene Reichweite von Elektrofahrzeugen, die unter anderem auf den hohen Stromverbrauch der PTC-Heizung zurückzuführen ist. Darüber hinaus verringert sich bei kalten Wintertemperaturen die Materialaktivität in der Antriebsbatterie, die Entladeeffizienz ist nicht hoch und die Reichweite wird geringer ausfallen.
Der Unterschied zwischen PTC-Heizung und Wärmepumpenheizung für die Klimaanlage von Elektrofahrzeugen besteht darin, dass: PTC-Heizung = Erzeugungswärme, Wärmepumpenheizung = Wärmetransport.
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