Solução de bomba de calor de CO2 para veículos elétricos

Dec 03, 2023

Bombas de calor de CO2 (R744) em veículos elétricos (EVs) são altamente eficientes em temperatura ambiente abaixo de 0°C (32°F), de acordo com Nina Piesch, assistente de pesquisa da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU).

Piesch baseou este comentário em um trabalho de pesquisa - "Solução de bomba de calor R744 para veículos elétricos", uma pesquisa de pesquisas anteriores - que ela apresentou na 10ª conferência do Instituto Internacional de Refrigeração (IIR), realizada em Ohrid, Macedônia do Norte, em 27 de abril. 29.

As bombas de calor de CO2 apresentam maior eficiência em veículos elétricos devido ao aumento da densidade do vapor de sucção, o que é uma vantagem significativa em climas mais frios, disse ela.

Além disso, o R744 elimina a necessidade de um aquecedor auxiliar, um componente de alto custo normalmente presente em sistemas convencionais, observou ela, acrescentando que isso aumenta a eficiência geral dos VEs, tornando-os uma opção mais desejável e econômica para os clientes.

Anteriormente, alguns pesquisadores testaram um sistema R744 para EVs no modo de aquecimento em temperaturas ambientes variando de 0°C a -20°C (-4°F). Os pesquisadores observaram que temperaturas externas extremamente baixas e altas temperaturas de descarga podem representar desafios para a tolerância do componente. Para resolver esse problema, eles introduziram compressão em dois estágios com resfriamento intermediário. Isso resultou na redução da temperatura de descarga juntamente com capacidade de aquecimento aprimorada e melhor COP.

Enquanto isso, o pesquisador chinês Anci Wang, da Universidade de Xi'an Jiatong, analisou recentemente as estratégias de degelo em veículos elétricos que usam bombas de calor de CO2 transcrítico. Este estudo revelou que o degelo tradicional pode levar a vários falsos fenômenos de degelo e até mesmo danos ao compressor e tubos em EVs. Assim, como solução, os pesquisadores propuseram uma nova estratégia de degelo: tomar a temperatura máxima de descarga como o novo critério de controle do degelo. Essa abordagem melhorou o desempenho de degelo em EVs.

Em um estudo adicional de Wang, os pesquisadores avaliaram o gerenciamento de bateria de veículos elétricos com resfriamento direto de refrigerante bifásico em um sistema de CO2 transcrítico. Usando um modelo paralelo de gerenciamento térmico para a bateria e a cabine, eles avaliaram o gerenciamento térmico da bateria com base na temperatura da bateria e suas diferenças uniformes de temperatura.

Esses parâmetros foram regulados pela temperatura de evaporação e qualidade do vapor na placa fria. O estudo descobriu que o resfriamento direto paralelo da bateria e da cabine usando o R744 como fluido de trabalho pode gerenciar com eficiência a temperatura da superfície e a uniformidade da bateria, aumentando a eficiência.

"Em veículos elétricos, o R744 apresenta desempenho superior, especialmente no modo de aquecimento, em comparação com os refrigerantes comumente usados ​​R1234yf e R134a", disse Piesch.

As bombas de calor R744 em veículos elétricos não apenas garantem a segurança, pois não são inflamáveis, mas também reduzem o impacto ambiental global devido ao baixo GWP, acrescentou ela.

No entanto, embora o R744 tenha um potencial significativo, "ele requer uma mudança no pensamento e nos princípios de design para explorar plenamente seus benefícios", acrescentou Piesch.

"Mais trabalhos devem se concentrar no projeto de processo e estratégias operacionais especificamente para as propriedades do R744 para alcançar um desempenho ainda maior", disse ela. "A maior rejeição de calor e perdas por estrangulamento do R744 em comparação com outros refrigerantes podem oferecer oportunidades potenciais para melhorias de eficiência, como recuperação do trabalho de expansão com ejetores".

Alguns fabricantes de automóveis já implementaram bombas de calor de CO2, incluindo a Volkswagen em seus veículos ID.3 e ID.4.

“Em veículos elétricos, o R744 apresenta desempenho superior, especialmente no modo de aquecimento, em comparação com os refrigerantes comumente usados ​​R1234yf e R134a”.