电动汽车设计中的传感器技术助力电动汽车热泵和电池寿命的延长

时间： 2023-10-27 来源：AMPHENOL SENSORS安费诺传感器学堂公众号

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当冬季风暴下数百人司机被困在弗吉尼亚州的95号洲际公路上几个小时以来，一些人质疑如果汽车是电动汽车（EV），考虑到电动汽车电池对极端温度的敏感性，会发生什么。

亚历克斯·劳尔进行了测试，他坐在福特野马电池汽车Mach-E中12小时，温度范围为-10.5~-4.4摄氏度。即使在车辆的HVAC系统完全介入以获得舒适的内部温度的情况下运行了12个小时后，他的电动汽车电池仍有75%的电量和132英里的续航里程，在类似条件下的表现比福特的类同的燃油车好得多。

尽管公众有时对电动汽车在寒冷天气下的表现持悲观态度，但劳尔即兴实验的结果并非偶然，这其实也不应该让人感到意外。电动汽车在设计时考虑了电池功效，通常会在低至-40摄氏度的温度下进行性能测试。

使这成为可能的是集成到电动汽车设计中的传感器技术。有助于提高电池效率的部件之一是电动汽车热泵。电动汽车热泵被认为是延长电池寿命的新工具，为提高效率和续航里程提供了替代途径。

电动汽车热泵：舒适性和电池寿命的飞跃
在电动汽车设计领域，配备热泵的电动汽车相对较新。许多主要制造商已迅速接受热泵作为电阻加热器的替代品。热泵为车辆带来了新的优化节能水平，证明自己确实是电动汽车的重要补充。用于车内环境控制的热泵代表了运行高效率，因为它们利用了正常运行过程中的副产品（热量）并使用电动汽车的现有系统进行环境控制。

使用热泵作为车厢气候控制手段的转变颠覆了内燃机车辆使用的加热模式。如果没有燃烧产生的废热，电动汽车必须使用替代方式产生热量。

电动汽车中的热泵反向用作空调，并使用具有两个回路的系统。第一个回路将冷却介质（冷却剂或制冷剂）输送到组件周围——在这种情况下是电动汽车电池管道连接到电池阵列的“冷板”上，然后，被吸收的多余热量由冷却剂泵移动到液对液热交换器中，进入第二个回路，在那里，热量由蒸发器释放，并在寒冷天气中作为加热源重定向到车厢内。此外，通过使用流量控制和膨胀阀的新组合，通常冷却车厢的制冷剂可以反向流动，以在寒冷天气中为机舱增加热量。

热泵可改善和更有效地利用电力，通过保留更多功率和延长续航里程来延长电池寿命。电动汽车不是使用电池的能量来产生新的电热以提高乘客的舒适度，而是能够节省电力或将其用于其他设备的加热，例如加热座椅和方向盘。

电动汽车热泵、传感器技术和电池寿命：近距离观察

为了有效使用热泵以延长电池寿命，该系统使用制冷剂压力和温度传感器。压力和温度传感器都有助于控制焓（内部能量加上压力和体积）。这有助于创造高性能系数，以使用最少的能量产生最大的热交换量。更具体地说，压力和温度传感器有助于车辆调节热管理系统，进而通过精确控制来调节车厢的热量气候。

控制热管理系统中的压力需要高精度的读数，以此控制冷却液的膨胀和压缩。它会影响两个回路的所有元件（例如膨胀阀和冷凝器）在不同压力下通过系统移动液体和气体中的制冷剂的功能。制冷剂气体的压缩将制冷剂中的热量释放到环境中，而气体的膨胀则从环境中吸收能量。通过改变流动方向并控制压缩或膨胀循环的位置，相同的制冷剂和控制装置可以在相同的硬件内提供车厢内的加热和冷却。

精确控制依赖于了解该制冷剂在系统内各个关键控制点的压力和温度。在热泵系统中，例如用于特斯拉的八角阀设计，由精确传感驱动的精密控制使车辆在寒冷天气下的续航里程比标准加热回路增加10%以上。

此外，这些传感器可帮助车辆管理这些元件如何使用功率来实现必要的性能的高效率。这一切都可以更有效地利用可用功率，以延长电池每次充电的使用寿命和续航里程。尽管低温会减少行驶里程，对于一些电动汽车来说甚至可能高达40%，然而使用热泵技术和传感器的热管理系统，就可以减少能量的大量损失。

电动汽车热泵可充分利用电动汽车电池
电动汽车加热和冷却系统与内燃机及其给车辆带来的压力相去甚远，但热泵及其随附的传感器是提高热管理性能的重要组成部分。虽然热泵不能消除寒冷天气对电池寿命的影响，但它们确实允许电动汽车比内燃机（ICE）可以更好地利用可用能源。

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