電気自動車の暖房ソリューションの分析
高電圧空気加熱
実行計画
図7に高圧空気加熱システムのシステム構成を示します。 純正車両のインレットパイプ、アウトレットパイプ、ヒーターコアを取り外し、純正車両ヒーターコアと同じサイズ、取付方法のエアヒーターPTCに交換し、関連する制御回路を変更し、PTCコアの絶縁対策を施します。
利点
1) HVAC 構造を変更する必要はありません。
2) 出力容量などの多くの要因によって制限される低電圧空気加熱ヒーターとは異なり、高電圧空気加熱ヒーターは非常に強力な出力と高効率の加熱を提供できます。
3) 空気を直接加熱するため、運転室内温度が急速に上昇します。
短所
1) 空調および暖房システムが霜取りおよび防曇に関する規制および暖房要件を満たすためには、PTC の暖房能力は少なくとも 3000 W 以上である必要があります。 この電力はバッテリーの総容量と比較して非常に大きな消費量であり、純粋な電気自動車の航続距離に重大な影響を与えます。
2) 3 000 W を超える加熱能力を持つ PTC が HVAC 内に配置されているため、安全上の危険が生じる可能性があります。 高圧空気加熱用PTCの使用電圧範囲は一般的に250～450V(DC)であり、高電圧絶縁対策が必要です。 EN60335 では、高電圧製品の絶縁レベルは 2 000 V 以上であることが求められています。製品を設計する際には、多層絶縁による安全対策を考慮する必要があります (図 8)。製品自体のコストが高くなり、製品の適用が困難になります。
3) 高圧空気加熱ヒーターは HVAC 内に配置されています。 高圧空気加熱ヒータは絶縁対策が必要です。 そうしないと、高電圧空気加熱ヒーターの温度が高いと、HVAC シェルが臭気を発生し、キャブ内の空気の質に影響を与えます。
高電圧給湯
実行計画
エンジンルーム内に高圧温水ヒーター、水タンク、ウォーターポンプ、給水パイプを追加し、純正カーヒーターコアとの密閉水循環システムを構築。
利点
このシステムは非常に効率的です。 現在の電動コンプレッサー技術によると、ヒートポンプ システムの COP は 0 度で 2.5、-5 度で 2.0 です。 したがって、同じ熱を発生させるという前提では、電気暖房を使用するよりもヒートポンプ暖房を使用する方が優れています。 暖房方式は消費電力が少なく、車両の航続距離を伸ばすことができます。
困難
1) 主要コンポーネントの技術が未熟であり、電動コンプレッサー、内部凝縮器、蒸発凝縮器、冷凍パイプライン用電磁弁などのコアコンポーネントはまだ研究開発中です。 蒸発凝縮器の場合、内部圧力を下げることが製品の最大熱伝達能力を向上させる重要な要素です。 適切なフィン サイズにより、蒸発凝縮器に霜が付くリスクを軽減できます。
2) 制御技術の未熟：ヒートポンプ空調制御技術、特に車両用電動スクロールコンプレッサーの可変速制御アルゴリズムと電磁弁の制御アルゴリズム（空調モードとヒートポンプモードの変換）が未熟である。
3) ヒートポンプシステムは構造が複雑で部品点数が多く、車室内のレイアウトも難しい。
4) コストが大幅に増加し、開発サイクルが長くなります。
5) 周囲温度が低下すると、ヒートポンプシステムの COP 値は低下します。 周囲温度が -10 度より低い場合、熱バランスを維持するには、電動コンプレッサーの速度が 8 000 r/min 以上に達する必要があります。 電動コンプレッサーの速度が 8 000 r/min を超えると、騒音が非常に大きくなり、関連規格の要件を満たすことが困難になります。 したがって、ヒートポンプ暖房方式は温度範囲によって大きく制限されます。
