Кондиционеры для электробусов: основные энергетические проблемы и системные решения

Кондиционеры для электробусов: основные энергетические проблемы и системные решения

Популяризация электробусов является важной вехой в развитии экологически чистого транспорта в городах, но огромное энергопотребление их кондиционерных систем в условиях экстремальных температур стало ключевым фактором, ограничивающим надежность эксплуатации и запас хода. В данной статье мы подробно проанализируем энергетические проблемы кондиционерных систем и предложим системные решения с учетом передовых технологий и эксплуатационных стратегий.

1. Основные энергетические проблемы систем кондиционирования
2. Чрезмерно высокий удельный вес энергопотребления, значительно сокращающий запас хода

В условиях высоких температур энергопотребление системы кондиционирования может достигать более 40% от общего энергопотребления всего транспортного средства, что напрямую приводит к резкому сокращению запаса хода на 30-50%.

• В холодное время года потребление энергии на обогрев с помощью резисторов PTC еще выше, в результате чего некоторые линии вынуждены отключать обогрев, что вызывает жалобы пассажиров и даже обледенение салона.

2.

Экстремальные температуры усугубляют снижение производительности батарей.

3.

• В условиях **>35 °C или <0 °C** эффективность зарядки и разрядки аккумуляторных батарей значительно снижается, что приводит к возникновению порочного круга между потребностью в кондиционировании воздуха и снижением производительности батарей.
• Ранние модели электробусов были выведены из эксплуатации в массовом порядке из-за снижения срока службы батарей (например, в Баодине, провинция Хэбэй, и Хуанши, провинция Хубэй).

4.

Нарушение теплового баланса приводит к цепочке неисправностей.

5.

• Перегрев электронного оборудования приводит к его выходу из строя и сбою датчиков, а низкая температура снижает изоляционные свойства высоковольтных жгутов проводов, что создает серьезную угрозу безопасности.

1. Основные технологические решения

(I) Интеллектуальная многофункциональная система управления тепловым режимом: выход из тупика энергопотребления

Технологический модуль Функциональные возможности Энергосберегающий эффект

Совместное управление температурой нескольких систем Высокоточные датчики динамически регулируют мощность охлаждения аккумуляторов/двигателей/кондиционеров, поддерживая оптимальный температурный диапазон работы компонентов Снижение пикового энергопотребления на 15-20%

Утилизация остаточного тепла Утилизация остаточного тепла двигателя для подогрева аккумулятора или осушения салона, снижение зависимости от PTC-нагревателя в зимний период Повышение эффективности использования энергии на 25%

Адаптивный режим охлаждения Автоматическое переключение между режимами жидкостного и воздушного охлаждения в зависимости от температуры окружающей среды и количества пассажиров, снижение неэффективной работы компрессора Энергосбережение в условиях высокой температуры на 30%

(II) Совместная оптимизация аккумуляторной батареи и кондиционера

• Технология буферизации с использованием фазово-переходных материалов (PCM): заполнение пространства между батарейными модулями материалом PCM, который при высоких температурах поглощает тепло и задерживает повышение температуры, снижая частоту запуска кондиционера.
• Система точного контроля температуры по зонам: независимый контроль температуры в зоне водителя и зоне пассажиров, приоритетное обеспечение безопасности вождения, возможность многоступенчатой регулировки в зоне пассажиров для предотвращения чрезмерного охлаждения.
• Динамическая подстройка частотно-регулируемого компрессора: автоматическая регулировка мощности охлаждения в зависимости от количества пассажиров, экономия энергии более 20% по сравнению с системой с фиксированной частотой.

(III) Инновации в области циркуляции воздуха и пополнения энергии

• Система теплообмена свежим воздухом: рекуперация энергии вытяжного воздуха для предварительной обработки свежего воздуха, снижение нагрузки на охлаждение свежего воздуха 1;
• Дополнительное питание от солнечных батарей на крыше: интегрированные фотоэлектрические панели дополняют электроэнергию для системы кондиционирования, снижая нагрузку
• Использование литий-титанатных батарей: например, на автобусах маршрута № 1 в Пекине используются батареи, устойчивые к низким температурам, с поддержкой быстрой зарядки (15 минут).

III. Модернизация стратегии управления эксплуатацией

1. Стандартизация предварительного охлаждения/предварительного нагрева

• Запуск кондиционера за 30 минут до отправления, использование электроэнергии от зарядных станций для предварительной регулировки температуры, снижение энергопотребления во время движения.

2. Оптимизация динамического диспетчерирования маршрутов

• В жаркие дни сократить пробег за один рейс и увеличить частоту подзарядки; в районах с суровыми холодами оставить часть автобусов на топливе/газе в качестве резервных.

3. Нормы энергосбережения для водителей

• Обучить водителей использовать режим внутренней циркуляции воздуха, чтобы уменьшить потери холода и избежать частого регулирования температуры3.

1. Направления будущих технологических прорывов

• Транскритическое охлаждение с использованием диоксида углерода: использование экологически чистых рабочих сред для повышения эффективности охлаждения и сокращения выбросов парниковых газов;
• Модель прогнозирования энергопотребления с помощью искусственного интеллекта: на основе данных о дорожных условиях и прогнозе погоды автоматически генерируется оптимальная стратегия включения и выключения кондиционера;
• Модульное управление тепловым режимом аккумуляторов: независимые блоки терморегулирования реагируют на локальный перегрев, предотвращая перегрузку всей системы.

Практический пример: после внедрения интеллектуального управления тепловым режимом в одном из городов энергосбережение кондиционеров в летний период достигло 35%, а количество простоев из-за кондиционеров в течение года сократилось на 60%.

Заключение

Энергетические проблемы кондиционирования воздуха в электробусах необходимо решать с помощью трехмерного взаимодействия «технологическая итерация — оптимизация эксплуатации — политическая поддержка». С масштабным применением технологий фазового перехода, рекуперации тепла и т. д. в сочетании с научным управлением диспетчеризацией энергопотребление кондиционеров значительно снизит ограничения на дальность пробега. Рекомендуется создать в городских автобусных системах план действий на случай экстремальных погодных условий, сохранить диверсифицированные резервные энергетические мощности при продвижении электрификации и построить по-настоящему надежную экологически чистую транспортную сеть города.