Elektrikli ve Konvansiyonel Otomobil Klimalarının Donanımsal Karşılaştırılması

Öz

Sürücüler ve yolcular için konforlu bir yolculuk sağlayan otomobil klima sistemleri uzun süredir otomobillerin vazgeçilmez bir parçası durumuna gelmiştir. Elektrikli otomobil kullanımı ise içten yanmalı motorla çalışan araçlara bir alternatif olarak her geçen gün daha da artmaktadır. Elektrikli araçlarda kullanılan klima sistemi teorikte aynı buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma çevrimi olmasına rağmen konvansiyonel taşıt klima sistemlerine göre donanımsal farklılıklara sahiptir. Bu çalışmada içten yanmalı motorla çalışan araçlara ait klima sistemleriyle elektrikli araçlara ait klima sistemlerinin tasarım karşılaştırmasına yer verilmiştir. Çalışmaya her iki tür araç klimalarından beklenilen soğutma görevinin karşılaştırılmasıyla başlanmıştır. Daha sonra bir klima sistemini oluşturan kompresör, evaporatör, kondenser ve kısılma vanası karşılaştırmasıyla devam edilmiştir. Sonuç olarak içten yanmalı otomobillerde bulunan klima sistemi sadece konfor şartlarının iyileştirilmesine katkıda bulunurken elektrikli araçlarda bulunan klima sistemi kabin içi soğutma görevinin yanında batarya ve motor soğutma görevini de yerine getirmektedir. İçten yanmalı otomobillerde ısı pompası uygulamasına gerek yokken elektrikli otomobil klimalarında ısı pompası uygulaması ticari olarak başlamıştır

Anahtar Kelimeler

• Taşıt kliması
• Soğutma
• Elektrikli araç
• Kompresör
• Batarya

Hardware Comparison of Electric and Conventional Automobile Air Conditioners

Abstract

Automobile air conditioning systems, which provide a comfortable journey for drivers and passengers, have long been an indispensable part of cars. The use of electrical cars is increasing day by day as an alternative to vehicles powered by internal combustion engines. Although the air conditioning system used in electric vehicles is theoretically same vapor compression mechanical cooling cycle, it has hardware differences. This study includes a design comparison of air conditioning systems of vehicles powered by internal combustion engines and air conditioning systems of electric vehicles. The study began with a comparison of the cooling task expected from both types of vehicle air conditioners. Then, it continued with a comparison of the compressor, evaporator, condenser and expansion valve that make up an air conditioning system. As a result, the air conditioning system in internal combustion cars only contributes to the improvement of comfort conditions, while the air conditioning system in electric vehicles performs the battery and motor cooling task in addition to the cabin cooling task. While there is no need for heat pump application in internal combustion cars, heat pump application in electric car air conditioners has started commercially.

Keywords

• Vehicle air conditioner
• Cooling
• Electrical vehicle
• Compressor
• Battery

Kaynakça

1. Behcet R., Yakın A. Benzinli bir motorda kullanılan alkol katkılı yakıtların motor performans ve egzoz emisyonlarına etkisi. Journal of the Institute of Science and Technology 2021; 11(4): 3024-3034.
2. Dahlan AA., Zulkifli AH., Nasution H., Aziz AA., Perang MRM., Jamil HM., Zulkifli AA. Efficient and ‘Green’ vehicle air conditioning system using electric compressor. Energy Procedia 2014; 61: 270–273.
3. Di Grezia G. Modelling of a BEV thermal management system and development of its control strategy in GT-SUITE. Diss. Politecnico di Torino; 2022.
4. Göltz S., Sawodny O. Design and comparison of model-based controllers for an automotive air conditioning system in an electric vehicle. Control Engineering Practice 2023; 130: 105376.
5. He L., Li P., Zhang Y., Jing H., Gu Z. Intelligent control of electric vehicle air conditioning system based on deep reinforcement learning. Applied Thermal Engineering. 2024; 245: 122817.
6. Huang Y., Xiuchun W., Jiahao J. Research on the electric vehicle heat pump air conditioning system based on R290 refrigerant. Energy Reports 2022; 8: 447-455.
7. Ikhtiar U., Hairuddin A., Asarry A., Rezali K., Ali HM., Jalal RI. Experimental assessment of lamella heat exchanger as cold intake air system for spark ignition engine by utilizing vehicle air conditioning system. International Communications in Heat and Mass Transfer 2023; 148: 106989.
8. Işılak C. Elektrikli araçların konvansiyonel araçlara göre gövde, şasi ve iç trim açısından tasarım farklılıkları. Uluslararası Bilim, Teknoloji ve Tasarım Dergisi 2020; 1: 46-58.

9. Khayyam H., Abawajy J., Jazar R. Intelligent energy management control of vehicle air conditioning system coupled with engine. Applied Thermal Engineering 2012; 48: 211-224.
10. Khayyam H., Kouzani A., Hu EJ., Nahavandi S. Coordinated energy management of vehicle air conditioning system. Applied Thermal Engineering. 2011; 31(5): 750-764.
11. Kim JY., Kim J., Jeong H., Kim GT., Park JJ., Kim T. Enhancement of electric vehicle air-conditioning system with dual condensers. Applied Thermal Engineering 2024; 236: 121459.
12. Ko G., Raza W., Park YC. Capacity control of a vehicle air-conditioning system using pulse width modulated duty cycle compressor. Case Studies in Thermal Engineering 2021; 26: 100986.
13. Ko J., Jeong JH. Status and challenges of vapor compression air conditioning and heat pump systems for electric vehicles. Applied Energy 2024; 375: 124095.
14. Lee S., Hong JK., Lee D., Kang B., Kim MS. Two-phase stack cooling system coupled with air conditioning system in fuel cell electric vehicles. Applied Energy 2024; 372: 123811.
15. Lee T., Shin K., Kim J., Jung D., Kim J. Design optimization of external variable displacement compressor with R1234yf for vehicle air conditioning system. Applied Thermal Engineering 2021; 198: 117493.
16. Lei S., Guo B., Zhao Z. Exergy analysis of heat pump air conditioning systems for pure electric vehicle use with low-GWP refrigerants. International Journal of Refrigeration 2023; 156: 266-277.
17. Li N., Zhang L., Liu X., Wang Y., Chen Y. New control methodology of electric vehicles energy consumption optimization based on air conditioning thermal comfort. Applied Thermal Engineering. 2024; 241:122375.
18. Oh MS., Lee SW., Kim JH., Choi B. Thermal comfort and energy saving in a vehicle compartment using a localized air-conditioning system. Applied Energy 2014; 133:14-21.
19. Leyan P., Cichong L., Ziqi Z., Tianying W., Junye S., Jiagping C. Energy-saving effect of utilizing recirculated air in electric vehicle air conditioning system. International Journal of Refrigeration 2019; 102: 122-129.
20. Pektezel O. R1234yf ve R134A soğutucu gazlarının performanslarının çeşitli işletme koşullarında deneysel olarak karşılaştırılması. Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 2023; 12(3): 10-21.
21. Valıyev E., Uçar V. Elektrikli otobüsler için hvac hava kanalları tasarımı ve cfd yöntemi ile akış analizi. MAS Journal of Applied Sciences 2021; 6(2): 422-432.
22. Yakubu AU., Xiong S., Jiang Q., Zhao J., Wu Z., Wang H., Ye X., Wangsen H. Fuzzy-based thermal management control analysis of vehicle air conditioning system. International Journal of Hydrogen Energy 2024; 77: 834-843.
23. Yalçın E., Kavaklı A. Absorbsiyonlu soğutma sistemleri ile egzoz gazı atık ısısından faydalanarakotobüs kliması sistemleri için kaynatıcı tasarımı. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 2010; 12(1): 136-152.
24. Yenigün M., Zafer U. Elektrikli araçlarda kullanılan batarya soğutma sistemlerinin incelenmesi ve değerlendirilmesi. Mühendis ve Makina 2018; 59(692): 35-47.
25. Yu X., Jiang R., Lu G., Liu H., Tong Y., Qian G., Huang R., Li Z. A novel energy-economic-environmental evaluation model for heat pump air conditioners integrated with waste heat recovery in electric vehicles. Case Studies in Thermal Engineering 2023; 41: 102605.
26. Zhang Q., Tu R., Yang X. Performance analyses of a novel free-cooling assisted air conditioning system applied to electrical vehicles. Applied Thermal Engineering 2024; 238: 122003.
27. Zhang Z., Wang J., Feng X., Chang L., Chen Y., Wang X. The solutions to electric vehicle air conditioning systems: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2018; 91: 443–463.
28. Zhang Z., Liu C., Chen X., Zhang C., Chen J. Annual energy consumption of electric vehicle air conditioning in China. Applied Thermal Engineering 2017; 125: 567-574.
29. Zhou G., Li H., Liu E., Li B., Yan Y., Chen T., Chen X. Experimental study on combined defrosting performance of heat pump air conditioning system for pure electric vehicle in low temperature. Applied Thermal Engineering 2017; 116: 677-684.