Soluzione con pompa di calore a CO2 per veicoli elettrici

Dec 03, 2023

Le pompe di calore a CO2 (R744) nei veicoli elettrici (VE) sono altamente efficienti a temperature ambiente inferiori a 0°C (32°F), secondo Nina Piesch, assistente di ricerca presso l'Università norvegese di scienza e tecnologia (NTNU).

Piesch ha basato questo commento su un documento di ricerca - "Soluzione con pompa di calore R744 per veicoli elettrici", un sondaggio di ricerche precedenti - che ha presentato alla decima conferenza dell'Istituto internazionale di refrigerazione (IIR), tenutasi a Ohrid, Macedonia del Nord, il 27 aprile. 29.

Le pompe di calore a CO2 vantano una maggiore efficienza nei veicoli elettrici grazie alla maggiore densità del vapore di aspirazione, che rappresenta un vantaggio significativo nei climi più freddi, ha affermato.

Inoltre, l’R744 elimina la necessità di un riscaldatore ausiliario, un componente ad alto costo tipicamente presente nei sistemi convenzionali, ha osservato, aggiungendo che ciò migliora l’efficienza complessiva dei veicoli elettrici, rendendoli un’opzione più desiderabile ed economica per i clienti.

In precedenza, alcuni ricercatori hanno testato un sistema R744 per veicoli elettrici in modalità riscaldamento a temperature ambiente comprese tra 0°C e -20°C (-4 °F). I ricercatori hanno notato che temperature esterne estremamente basse e temperature di scarico elevate potrebbero mettere a dura prova la tolleranza dei componenti. Per affrontare questo problema, hanno introdotto la compressione a due stadi con raffreddamento intermedio. Ciò ha comportato una riduzione della temperatura di scarico insieme a una migliore capacità di riscaldamento e un migliore COP.

Nel frattempo, il ricercatore cinese Anci Wang dell’Università di Xi’an Jiatong ha recentemente esaminato le strategie di sbrinamento nei veicoli elettrici che utilizzano pompe di calore transcritiche a CO2. Questo studio ha rivelato che lo sbrinamento tradizionale potrebbe portare a vari falsi fenomeni di sbrinamento e persino a danni al compressore e ai tubi dei veicoli elettrici. Pertanto, come soluzione, i ricercatori hanno proposto una nuova strategia di sbrinamento: prendere la temperatura massima di scarico come nuovo criterio per il controllo dello sbrinamento. Questo approccio ha migliorato le prestazioni di sbrinamento dei veicoli elettrici.

In un ulteriore studio di Wang, i ricercatori hanno valutato la gestione della batteria dei veicoli elettrici con raffreddamento diretto con refrigerante a due fasi in un sistema transcritico a CO2. Utilizzando un modello di gestione termica parallela per la batteria e la cabina, hanno valutato la gestione termica della batteria in base alla temperatura della batteria e alle sue differenze di temperatura uniformi.

Questi parametri erano regolati dalla temperatura di evaporazione e dalla qualità del vapore nella piastra fredda. Lo studio ha rilevato che il raffreddamento diretto parallelo della batteria e dell’abitacolo utilizzando l’R744 come fluido di lavoro potrebbe gestire efficacemente la temperatura superficiale e l’uniformità della batteria, aumentandone l’efficienza.

"Nei veicoli elettrici, l'R744 mostra prestazioni superiori, soprattutto in modalità riscaldamento, rispetto ai refrigeranti comunemente utilizzati R1234yf e R134a", ha affermato Piesch.

Le pompe di calore R744 nei veicoli elettrici non solo garantiscono la sicurezza poiché non è infiammabile, ma riducono anche l'impatto ambientale globale grazie al basso GWP, ha aggiunto.

Tuttavia, sebbene l'R744 abbia un potenziale significativo, "richiede un cambiamento nel pensiero e nei principi di progettazione per sfruttare appieno i suoi vantaggi", ha aggiunto Piesch.

"Ulteriori lavori dovrebbero concentrarsi sulla progettazione del processo e sulle strategie operative specifiche per le proprietà dell'R744 per raggiungere prestazioni ancora più elevate", ha affermato. "Una maggiore dissipazione del calore e perdite di strozzamento dell'R744 rispetto ad altri refrigeranti potrebbero offrire potenziali opportunità per miglioramenti dell'efficienza come il recupero del lavoro di espansione con eiettori."

Alcuni produttori di automobili hanno già implementato pompe di calore a CO2, inclusa la Volkswagen nei suoi veicoli ID.3 e ID.4.

"Nei veicoli elettrici, l'R744 mostra prestazioni superiori, soprattutto in modalità riscaldamento, rispetto ai refrigeranti comunemente utilizzati R1234yf e R134a."