211service.com
Verwarming plug-in hybrides
Het potentieel van plug-in hybrides en elektrische voertuigen om het gebruik van aardolie te beteugelen heeft de laatste tijd veel aandacht gekregen. Maar er moet nog een groot obstakel worden weggenomen voordat dergelijke auto's de dominante voertuigen op de weg kunnen worden: autofabrikanten zullen een efficiënte manier moeten vinden om ze van warmte en airconditioning te voorzien. Dat komt omdat conventionele verwarmings- en koelsystemen ofwel niet werken of inefficiënt zijn in dergelijke voertuigen, waardoor hun actieradius bij warm en koud weer aanzienlijk wordt verminderd.
Een van de belangrijkste kandidaten voor een alternatief systeem is gebaseerd op thermo-elektriciteit, halfgeleiderapparaten die ofwel warmte ofwel koeling kunnen leveren, afhankelijk van de richting waarin de elektrische stroom vloeit. Grote autofabrikanten, zoals GM en Ford, ontwikkelen nu systemen op basis van bestaande thermo-elektrische halfgeleiders, en experimentele materialen die nanotechnologie gebruiken, beloven dergelijke systemen nog aantrekkelijker te maken.
De eerste plug-inhybrides - auto's die kunnen worden opgeladen door ze in een stopcontact te steken, maar die kleine benzinemotoren hebben om hun actieradius te vergroten - zullen gebruik maken van elektrische verwarmingen. Wanneer ze tegen het einde van 2010 verschijnen bij grote autofabrikanten, kosten ze duizenden meer dan conventionele auto's, dus autofabrikanten zoeken naar manieren om ze goedkoper te maken om hun aantrekkingskracht te vergroten. Een manier om dit te doen is om efficiëntere systemen voor verwarming en koeling te vinden, die het mogelijk maken om kleinere, goedkopere batterijen te gebruiken. Als gevolg hiervan zouden in 2012 thermo-elektrische systemen in auto's kunnen verschijnen.
De verwarmingssystemen in de auto's van vandaag zijn gebaseerd op het feit dat verbrandingsmotoren vreselijk inefficiënt zijn - ongeveer tweederde van de energie die wordt gewonnen door het verbranden van benzine, doet niets om de auto voort te stuwen. Maar deze inefficiëntie genereert wel enorme hoeveelheden warmte. Een deel van die warmte wordt gebruikt om passagiers op te warmen. Plug-in hybrides, die voor lokaal rijden grotendeels of geheel op elektriciteit rijden, genereren niet zulke hoeveelheden restwarmte. Er moet dus warmte worden gegenereerd met behulp van stroom uit de batterij, waardoor duizenden watts worden afgevoerd die anders hadden kunnen worden gebruikt om de voertuigen voort te stuwen. Terwijl plug-in hybrides aanzienlijk minder gas verbruiken dan conventionele auto's bij zacht weer, zal het voordeel bij koud weer veel minder zijn, volgens Clay Maranville, een senior onderzoeker bij Ford Motor Bedrijf .
Een soortgelijk probleem geldt voor airconditioning: het elektrische bereik van plug-inhybrides zal afnemen bij warm weer, ofwel omdat de benzinemotor moet aanslaan om een conventionele compressor te laten draaien, ofwel omdat een elektrische compressor de batterij leeg laat lopen.
Thermo-elektrische materialen zijn aantrekkelijk voor verwarming omdat ze efficiënter zijn dan gewone elektrische kachels, die warmte genereren door een stroom door een materiaal met een hoge elektrische weerstand te laten lopen. Bovendien maakt thermo-elektriciteit het mogelijk om het koel- en verwarmingssysteem volledig opnieuw te ontwerpen. In de meeste hedendaagse voertuigen zijn de verwarmings- en koelsystemen ontworpen om het hele passagierscompartiment te verwarmen. Thermo-elektrische apparaten zijn compacte apparaten die op punten in de auto kunnen worden geïnstalleerd: in de hoofdsteun, de stoel, aan de voeten van een persoon, enzovoort. Dus in plaats van de hele cabine te verwarmen en te koelen, kunnen ze individuele passagiers verwarmen of koelen.
De besparing van elektrische energie die een dergelijk systeem zou kunnen opleveren voor een plug-in hybride auto kan enorm zijn. Waar een conventioneel elektrisch verwarmings- en koelsysteem tot 4.500 watt nodig heeft om de gewenste temperatuur in een auto te handhaven, zou een thermo-elektrisch systeem volgens schattingen 3000 watt verbruiken als de auto vol zit met passagiers of minder dan 700 watt als de bestuurder alleen is. van het ministerie van Energie. Toekomstige generaties thermo-elektrische materialen die afhankelijk zijn van nanotechnologie die nu in academische laboratoria wordt gedemonstreerd, zouden deze besparingen nog meer kunnen verbeteren. (Zie Goedkope, efficiënte thermo-elektriciteit en afvalwarmte omzetten in stroom.)
Zowel Maranville als Jihui Yang, een stafwetenschapper bij GM , zeggen dat thermo-elektriciteit waarschijnlijk geleidelijk zal worden opgenomen naarmate verschillende componenten beschikbaar komen. Een van de eerste manieren waarop het kan helpen, is door conventionele airconditioning te verkleinen om deze efficiënter te maken. Yang zegt dat de auto's van GM extra grote airconditioners gebruiken om te voldoen aan de eis dat ze het passagierscompartiment in twee minuten moeten koelen, zelfs op zeer warme dagen. Goed geplaatste thermo-elektrische apparaten kunnen ervoor zorgen dat passagiers zich onmiddellijk koeler voelen door hun nek of gezicht te koelen, terwijl een kleine, conventionele airconditioner de temperatuur overal elders geleidelijk verlaagt.
Over het algemeen maken autofabrikanten zich zorgen dat de meeste consumenten niet bereid zullen zijn ongemakken te verdragen om efficiëntere auto's te rijden. Thermo-elektrische verwarming en koeling kunnen daarbij helpen. Onze grote uitdaging in onderzoek is om de technologie transparant te maken voor de klant, zodat wanneer ze in een voertuig stappen, het niet uitmaakt of ze zich in een conventioneel voertuig bevinden of in een voertuig met geavanceerde technologie, zegt Maranville.