Perkembangan HVAC Otomotif Di Bawah Tren Elektrifikasi
Di bawah gelombang elektrifikasi kendaraan dan kecerdasan, kendaraan listrik telah berkembang pesat. Penjualan kendaraan listrik telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir, namun “kecemasan jangkauan” dan “kecemasan keselamatan” masih menjadi masalah bagi banyak konsumen. Masalah daya jelajah sangat terlihat jelas pada suhu rendah. Ketika kendaraan listrik dikendarai pada suhu rendah, kemampuan jelajah kendaraan dapat berkurang lebih dari 40% karena penggunaan AC pemanas dan penurunan kinerja baterai. Dari sudut pandang keselamatan, manajemen baterai dan termal peralatan listrik di dalam mobil juga sangat penting. Masalah-masalah ini memerlukan sistem manajemen termal otomotif berkinerja lebih tinggi untuk menyelesaikannya. Sederhananya, sistem manajemen termal otomotif terutama mencakup komponen terkait seperti HVAC, manajemen termal baterai, kontrol elektronik motor, dan manajemen termal peralatan listrik berdaya tinggi.
Diantaranya, HVAC kendaraan (Heating, Ventilation, and Air Conditioning, HVAC) mengacu pada sistem atau peralatan terkait yang bertanggung jawab atas pemanasan, ventilasi, dan pendingin udara di dalam kendaraan. Secara khusus, HVAC terutama dibagi menjadi komponen terkait seperti perangkat pendingin, perangkat pemanas, dan antarmuka mesin manusia (HMI).
Selanjutnya, kita akan melihat masing-masing perangkat pendingin, perangkat pemanas, dan HMI di HVAC, dan fokus pada solusi teknis dan tren pengembangan HVAC untuk kendaraan listrik.
1. Perangkat pendingin
Perangkat pendingin HVAC mobil mirip dengan AC pada umumnya, yang menggunakan siklus keadaan kompresi, kondensasi, ekspansi, dan penguapan zat pendingin untuk mencapai pengendalian suhu. Perpindahan panas terjadi terutama melalui perubahan keadaan zat pendingin. Komponen utama unit pendingin yang menjalankan fungsi di atas adalah kompresor, kondensor, katup ekspansi, penerima/pengering, dan evaporator.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar, zat pendingin cair menyerap panas dari kompartemen penumpang dan menguap menjadi gas di evaporator. Uap tersebut kemudian ditarik keluar dari evaporator oleh kompresor, yang memampatkan uap untuk meningkatkan tekanannya. Uap bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi yang dihasilkan oleh kompresor kemudian didinginkan oleh udara luar di kondensor dan dikondensasi menjadi cairan bertekanan tinggi. Cairan mengembang dan terdekompresi di katup ekspansi sebelum memasuki evaporator. Proses di atas merupakan siklus yang berkesinambungan. Proses penguapan menyerap panas dari udara sekitar untuk mencapai efek pendinginan, dan udara dingin dihembuskan ke dalam kompartemen penumpang melalui kipas angin.
2. Alat pemanas
Untuk kendaraan bermesin pembakaran dalam, lebih mudah memanaskan kendaraan daripada mendinginkannya. Efisiensi konversi mesin pembakaran internal rendah (sekitar 30%), dan menghasilkan lebih banyak panas selama pengoperasian. Panas ini mengalir ke inti pemanas melalui cairan pendingin, dan kemudian melalui kontrol sederhana, udara panas yang dapat dikontrol dapat dihembuskan ke dalam kabin melalui kipas. , menjaga suhu kabin tetap konstan. Prosesnya sangat ekonomis dan sederhana serta dapat dilakukan selama mesin pembakaran dalam masih bekerja. Tidak memerlukan bahan bakar tambahan dan tidak akan menambah konsumsi bahan bakar. Namun untuk kendaraan listrik, pemanasan adalah operasi yang relatif rumit. Saat ini, solusi pemanasan yang lebih umum adalah PTC dan pompa panas.
PTC (Koefisien Suhu Positif, Resistor Koefisien Suhu Positif) adalah resistor semikonduktor tipikal dengan sensitivitas suhu positif. Ketika diberi energi, akan menghasilkan panas, yang dapat digunakan untuk pemanas AC. Saat PTC pertama kali dinyalakan, resistansinya akan menunjukkan tren menurun secara perlahan seiring dengan meningkatnya suhu, yaitu nilai kalornya pada suhu kamar rendah; ketika suhu melebihi suhu Curie, nilai resistansinya akan menurun seiring dengan suhu. Peningkatannya adalah peningkatan bertahap, dan kinerja sebenarnya berhenti bekerja secara otomatis. Sebagai elemen PTC untuk pemanasan, fitur suhu konstan otomatisnya dapat menghilangkan kebutuhan akan rangkaian kontrol suhu yang rumit. Pada kendaraan listrik, PTC ditenagai langsung oleh baterai bertegangan tinggi, dan status pemanasannya dikontrol oleh sakelar PWM sederhana untuk mencapai sistem pemanas yang sangat sederhana dan andal.
Meskipun PTC memiliki karakteristik struktur yang sederhana, bahan yang tahan lama, dan efek pemanasan yang baik, namun struktur sistem yang ditenagai langsung oleh baterai bertegangan tinggi menyebabkan proses pemanasan mempengaruhi daya jelajah kendaraan listrik. Penelitian menunjukkan bahwa penggunaan PTC akan mengurangi masa pakai baterai kendaraan listrik sekitar 24%.
Solusi lain adalah pompa panas. Sebagai salah satu jenis elemen resistif, batas COP (Koefisien Kinerja, efisiensi pemanasan) PTC adalah 100%, yaitu energi listrik paling banyak hanya dapat diubah menjadi energi panas dengan jumlah yang sama, sedangkan pompa kalor dapat sebagai setinggi 300%. Prinsip pompa kalor mirip dengan AC rumah tangga. Refrigeran mengalir dua arah di evaporator dan kondensor AC melalui katup empat arah, mentransfer energi panas dari sumber panas tingkat rendah ke sumber panas tingkat tinggi, sehingga mencapai efek pemanasan atau pendinginan. Dibandingkan dengan mode PTC, proses "penghasil panas" ini dapat menghemat energi listrik secara signifikan, sehingga secara efektif memperluas jangkauan jelajah kendaraan listrik dan menjadi tren penerapan HVAC yang penting untuk kendaraan listrik.
3.HMI
Jika mesin menggerakkan mobil, memberi kehidupan pada mobil, dan menjadi bagasi mobil, maka HMI memberikan kebijaksanaan dan pemikiran pada mobil, serta merupakan jiwa dari mobil. Oleh karena itu, solusi sistem HMI selalu dihargai oleh OEM otomotif. OEM harus memberikan pengalaman navigasi dan hiburan yang aman, fleksibel, dan nyaman bagi pengemudi dan penumpang. Pada saat yang sama, hal ini juga merupakan faktor penting dalam membentuk diferensiasi produk. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan elektrifikasi mobil dan dorongan dari produsen mobil bertenaga besar baru, HMI secara bertahap berkembang menuju sentralisasi, penyaringan, dan kecerdasan, mirip dengan pengembangan ponsel pintar. Seringkali HVAC tidak lagi memiliki antarmuka HMI yang sepenuhnya independen, namun digunakan bersama dengan fungsi lain.
