열 관리의 핵심은 에어컨 작동 원리, 즉 "열의 흐름과 교환"입니다.
신에너지 자동차의 열 관리 시스템은 가정용 에어컨의 작동 원리와 유사합니다. 두 시스템 모두 "역 카르노 사이클" 원리를 이용하여 압축기 작동을 통해 냉매의 형태를 변화시키고, 이를 통해 공기와 냉매 간의 열 교환을 통해 냉방 및 난방을 구현합니다. 열 관리의 핵심은 "열의 흐름과 교환"입니다. 신에너지 자동차의 열 관리 시스템은 크게 세 가지 회로로 나뉩니다. 1) 모터 회로: 주로 열 방출 담당; 2) 배터리 회로: 고온 조절이 필요하며, 냉난방 모두 필요; 3) 실내 회로: 냉난방 모두 필요 (에어컨 냉방 및 난방에 해당). 열 관리 시스템은 각 회로의 구성 요소들이 적절한 작동 온도에 도달하도록 유지하는 것으로 간단히 이해할 수 있습니다. 업그레이드 방향은 세 개의 회로를 직렬 및 병렬로 연결하여 냉기와 열의 상호 작용 및 활용을 실현하는 것입니다. 예를 들어, 자동차 에어컨은 발생한 냉기/열을 실내로 전달하는데, 이것이 열 관리용 "에어컨 회로"입니다. 업그레이드 방향의 한 예로, 에어컨 회로와 배터리 회로를 직렬/병렬로 연결하면 에어컨 회로가 배터리 회로에 냉기/열을 공급하는 효율적인 "열 관리 솔루션"이 됩니다(배터리 회로 부품 절약 및 에너지 효율 향상). 열 관리의 핵심은 열의 흐름을 관리하여 필요한 곳으로 열이 흐르도록 하는 것이며, 최적의 열 관리는 열의 흐름과 교환을 실현하는 "에너지 절약 및 효율성"을 달성하는 것입니다.
이러한 공정을 구현하는 기술은 에어컨 냉장고에서 유래했습니다. 에어컨 냉장고의 냉방/가열은 "역 카르노 사이클" 원리를 통해 이루어집니다. 간단히 말해, 냉매는 압축기에 의해 압축되어 가열되고, 가열된 냉매는 응축기를 통과하면서 외부 환경으로 열을 방출합니다. 이 과정에서 발열 냉매는 정상 온도로 돌아와 증발기로 들어가 팽창하여 온도를 더욱 낮춘 후, 다시 압축기로 돌아가 다음 사이클을 시작하여 공기와의 열 교환을 실현합니다. 이 과정에서 팽창 밸브와 압축기가 가장 중요한 부품입니다. 자동차 열 관리 시스템은 이러한 원리를 기반으로 에어컨 회로에서 다른 회로로 열 또는 냉기를 교환하여 차량의 열 관리를 구현합니다.
초기 신에너지 자동차는 독립적인 열 관리 회로를 사용했으며 효율이 낮았습니다. 초기 열 관리 시스템의 세 가지 회로(에어컨, 배터리, 모터)는 각각 독립적으로 작동했습니다. 즉, 에어컨 회로는 실내 냉난방만을 담당했고, 배터리 회로는 배터리 온도 제어만을, 모터 회로는 모터 냉각만을 담당했습니다. 이러한 독립형 모델은 구성 요소 간의 상호 독립성 부족과 에너지 이용 효율 저하 등의 문제를 야기했습니다. 신에너지 자동차에서 가장 직접적으로 나타나는 문제는 복잡한 열 관리 회로, 배터리 수명 단축, 차체 무게 증가 등이었습니다. 따라서 열 관리 기술의 발전 방향은 배터리, 모터, 에어컨의 세 가지 회로가 최대한 협력하도록 하고, 부품과 에너지의 상호 운용성을 극대화하여 부품 부피 감소, 차체 경량화, 배터리 수명 연장 및 주행 거리 증가를 달성하는 것입니다.
2. 열 관리의 발전은 구성 요소의 통합과 에너지 효율적인 활용 과정입니다.
세대별 신에너지 자동차의 열 관리 기술 발전 역사를 살펴보면, 다방향 밸브는 열 관리 기술 향상에 필수적인 구성 요소임을 알 수 있다.
열 관리 기술의 발전은 부품 통합과 에너지 활용 효율 향상의 과정입니다. 위의 간략한 비교를 통해 현재 가장 발전된 시스템과 비교했을 때, 초기 열 관리 시스템은 주로 회로 간 시너지 효과를 통해 부품 공유와 에너지 상호 활용을 달성하는 데 중점을 두었음을 알 수 있습니다. 투자자의 관점에서 열 관리 기술의 발전을 살펴보면, 모든 부품의 작동 원리를 이해할 필요는 없지만, 각 회로의 작동 방식과 열 관리 회로의 발전 역사를 명확히 이해하면 향후 열 관리 회로의 발전 방향과 부품 가치의 변화를 더욱 정확하게 예측할 수 있습니다. 따라서, 향후 투자 기회를 함께 모색하기 위해 열 관리 시스템의 발전 역사를 간략하게 살펴보겠습니다.
신에너지 자동차의 열 관리 시스템은 일반적으로 세 가지 회로로 구성됩니다. 1) 에어컨 회로: 기능 회로이자 열 관리에서 가장 중요한 회로입니다. 주요 기능은 실내 온도를 조절하고 병렬로 연결된 다른 회로들과 연동하는 것입니다. 일반적으로 PTC(압축 열교환기) 원리를 이용하여 난방을 제공합니다.PTC 냉각수 히터/PTC 공기 히터1) 냉매 열 펌프 또는 히트 펌프를 사용하여 에어컨 원리를 통해 냉방을 제공합니다. 2) 배터리 회로: 주로 배터리의 작동 온도를 제어하여 항상 최적의 작동 온도를 유지하도록 하는 데 사용되므로 상황에 따라 냉방과 가열이 동시에 필요합니다. 3) 모터 회로: 모터는 작동 시 열을 발생시키며 작동 온도 범위가 넓기 때문에 냉각만 필요합니다. 테슬라의 주요 모델인 모델 S부터 모델 Y까지의 열 관리 시스템 변화를 비교함으로써 시스템 통합 및 효율성의 발전을 살펴볼 수 있습니다. 전반적으로 1세대 열 관리 시스템은 배터리는 공랭식 또는 수랭식, 에어컨은 PTC 히터, 전기 구동 시스템은 수랭식으로 작동하며, 세 회로는 기본적으로 병렬로 연결되어 독립적으로 작동합니다. 2세대 열 관리 시스템은 배터리 수랭식, PTC 히터, 모터 전기 제어 시스템 수랭식, 전기 모터 폐열 활용, 시스템 간 직렬 연결 심화, 구성 요소 통합 등의 특징을 갖습니다. 3세대 열 관리 시스템: 히트 펌프 냉난방, 모터 스톨 히터 등 기술 적용이 심화되고 시스템이 직렬로 연결되며 회로가 복잡해지고 고도로 집적화됩니다. 신에너지 자동차 열 관리 개발의 핵심은 냉난방 기술의 열 흐름 및 교환을 기반으로 1) 열 손상을 방지하고, 2) 에너지 효율을 향상시키며, 3) 부품 재사용을 통해 부피와 무게를 줄이는 것이라고 생각합니다.
게시 시간: 2023년 5월 12일
