Электрический обогрев и кондиционирование воздуха

Увеличенная потребность в электроэнергии способствует сдвигу внимания производителен автомобилей в сторону систем с питанием 42 В. Этот переход позволяет надеяться, что в поисках возможностей достижения лучшего комфорта с меньшим потреблением энергии и меньшей эмиссией когда-нибудь будут рассматриваться и другие возможные устройства к принципы. Устройства контроля климата будут играть важную роль в этом отношении. Некоторые малые компоненты систем кондиционирования воздуха, используемые в системах 42 В, могут использоваться и в системах 14 В. Однако два главных агрегата вынудят перейти на питание 42 В с учетом их расхода энергии. Это:

• электромотор наддува
• резистор-нагреватель с положительным температурным коэффициентом (positive temperature coefficient-resistance- RTC-R)

Максимальная мощность мотора наддува может достигать 400 Вт, то есть в системе 14 В он будет потреблять ток примерно 30 А. Если в автомобиле не будут использоваться генераторы переменного тока на 14 В, потребуется конвертер постоянного тока 47/14 В. Кабельная сеть в этом случае должна быть особенно продуманной. Мощность, потребляемая электронагревателями, лежит между 500 и 1500 Вт. Следовательно, они еще более критичны к переходу на 42 В. По этим причинам компрессоры систем кондиционирования практичны только в системах 42 В. При использовании PTC-R электронагревателей (маленьких электрических печек!), тепло не отбирается от системы охлаждения двигателя. В целом, правильное решение состоит в том, чтобы перевести все компоненты непосредственно на питание 42 В.

Использование управления на основе широтно-импульсной модуляции для мотора наддува — один из способов увеличить диапазон регулирования скорости. Потребление тока у моторов на 42 В составит лишь одну треть от тока моторов на 14 В. Это также приводит к повышению эффективности работы электронных компонентов системы транспортного средства. Другое главное устройство — компрессор кондиционирования воздуха.

Изготовители уже заметно улучшили механические компрессоры. Однако использование электрического компрессора позволит сделать шаг в направлении дальнейшего повышения эффективности его работы и управления им. Электрические компрессоры потребляют приблизительно 3-4 кВт, поэтому их использование в сети 14 В непрактично. Более того, по сравнению с низкой эффективностью 14-вольтовых генераторов переменного тока (около 50%), 42-вольтовые машины будут работать намного лучше и с эффективностью около 80%. Изменение питания на 42 В означает также, что максимальный ток электрического компрессора будет ниже 100 А.

Понятно, что компрессор с электрическим приводом — ключевой элемент для обеспечения эффективности электрических систем кондиционирования в целом. Компрессор системы электрического кондиционирования воздуха (electrical air conditioning — Е-АС) будет комбинацией двух основных технологий:

• спиральная конструкция — она увеличивает объемную эффективность системы
• бесщеточный мотор — с высокой электрической эффективностью

Эти две технологии позволят системе очень быстро адаптировать свой термодинамический цикл к изменению внешних условий. Есть четыре ключевых эксплуатационных и/или экологических преимущества, которые появляются в результате этого объединения. Вот они:

• функциональность в режиме старг-стоп
• контроль температуры батареи
• повышение эффективности
• сокращение/устранение утечки хладагента

Основное сокращение потребления топлива в 42-вольтовых транспортных средствах появляется в результате использования регенеративного торможения и функции «старт-стоп». Это особенно заметно в городском цикле движения, потому что торможения и остановки очень часты. Эта функция оказывает небольшой или ничтожный эффект на комфорт в салоне, если снаружи умеренная температура. Однако в горячих, холодных или особо влажных условиях обычные компоненты HVAC могли бы создать проблемы вследствие того, что отъем тепловой энергии от двигателя на обогрев салона и механической энергии через ременный привод на компрессор могут оказать существенное влияние на работу двигателя. Конечные пользователи будут, конечно, также ожидать уменьшение потребления топлива, особенно если иметь в виду более высокие цены на 42-вольтовые распределители мощности. По этим причинам электрический обогрев и кондиционирование воздуха — существенный шаг в процессе развития данных систем.

Для функции «старт-стоп» использование электрического компрессора является единственным выбором для того, чтобы поддерживать уровень комфорта во время остановки двигателя. Другое преимущество для конечных пользователей состоит в том, что можно будет избежать плохой работы охлаждения на холостом ходу, потому что скорость компрессора будет независима от скорости двигателя. Е-АС также позволит более эффективно бороться с запотеванием стекол, что улучшит видимость с самого начала движения. В обычных автомобилях медленный прогрев может помешать эффективному удалению запотевания после холодного старта.

Новые электрические устройства HVAC будут использовать регенеративную энергии торможения, так же как и произведенную генератором энергию, которая будет накапливаться в батарее. Новые батареи типа никель-металл-гидрид (NiMH) или на базе лития являются очень эффективными, но нуждаются в тепловом контроле, чтобы гарантировать их адекватную работу. Батареи NiMH работают лучше всего при температурах выше 10 «С — они также чувствительны к коррозии, которая значительно возрастает при температурах выше 35 «С. Для поддержания температуры батареи в идеальном диапазоне становятся существенными электрический обогрев и кондиционирование воздуха, потому что система нагревания/охлаждения все еще будет работать, даже когда транспортное средство остановлено.

Эффективность механических систем кондиционирования была улучшена за счет использования методов, которые позволяют регулировать их эффективность охлаждения. Удалось минимизировать и оптимизировать давление испарения, что, в целом, приводит к лучшему балансу между необходимой и произведенной мощностями охлаждения.

Часто предполагается, что обычная система кондиционирования должна повторно заправляться каждые три или четыре года в связи с утечками хладагента. Есть три идентифицированных источника утечки (кроме очевидных неисправностей):

• некачественные соединения
• гибкие проницаемые шланги
• уплотнение фланцев компрессора

Поскольку в электрическом компрессоре не используются уплотнения фланцев, полная утечка уменьшается примерно на 30%. Кроме того, так как электрический компрессор не будет крепиться на двигатель, вместо гибких шлангов будет использоваться больше алюминиевых труб. Поэтому обслуживание системы кондиционирования могло бы быть почти устранено, если использовать улучшенные соединения с двойным уплотнителем.

Потребности в повышении эффективности работы системы А/С и уровня комфорта дают надежду, что стандартная Е-АС-технология — дело не слишком далекого будущего.