汽车与热的关系是一种爱恨交加的关系,即使我们正在从燃烧燃料转向从电池中提取能源,这种关系也不会改变太多。
燃烧燃料会产生热,但一旦火焰在内燃机中点燃,并将液体转化为气体来驱动活塞或涡轮,剩下的热就会变成不受欢迎的客人,没人想要,这种热的产生会浪费掉燃料中超过一半的能源,并被冷却系统吸收然后释放到周围空气中。
电动汽车中的强大电气系统也会产生大量热,这种热对续航里程和充电时间的负面影响是非常烦人的,过去的策略是浪费这种热,现在的重点是保存每一 joule热量,并迫使其发挥作用,这就是热泵的用武之地,热泵是一种逆向的冰箱,工程师们正在利用这种技术。
家用冰箱中包含一个压缩机和一个密封的管道系统,充满制冷剂气体,当这种气体被压缩时,它就会变热(就像自行车泵一样),这种热气体就会被送到冰箱背面的蛇形管道中,称为冷凝器。
冷凝器会像汽车散热器一样散发热,从而冷却制冷剂气体,使其液化并流入称为蒸发器的管道网络,由于蒸发器的体积比冷凝器大,因此压力下降,液体制冷剂会蒸发,温度下降,冷却冰箱。
空调单位也以同样的方式工作,但热泵通常会逆向进行,以从冷凝器中获取热量来提高电池或驾驶舱的温度。
在电动汽车中,逆向热泵可以用来既加热电池也冷却电池,当冷却电池时,电池中的余热可以被送到驾驶舱加热器中,热泵也可以从ambient空气中获取热量并将其送到驾驶舱加热器中,日产Leaf是第一个采用这种技术的电动汽车,但并不是所有电动汽车都采用了这种技术。
回收热量可以减少电动汽车电池中用于维持舒适温度的能源,在电动汽车到达充电站之前(使用卫星导航信息),可以将电池温度调整到最佳充电温度,从而缩短充电时间。
这种魔法是否免费?不完全,因为压缩机需要做功来实现这种效果,但是据估计,使用1kW能源的热泵可以产生三倍于该能源的热量。
斯特林机的另一个想法
斯特林机是那种由杯子里的热量驱动的小设备,它们与内燃机相反,将外部热源转化为机械能源,像热泵一样,这种概念古老但已经被研究用于将汽车驱动系统中的废热能源转化为有用的能源,例如生成电力。
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