Μία από τις βασικές τεχνολογίες των νέων ενεργειακών οχημάτων είναι οι μπαταρίες ισχύος. Η ποιότητα των μπαταριών καθορίζει αφενός το κόστος των ηλεκτρικών οχημάτων και αφετέρου την αυτονομία των ηλεκτρικών οχημάτων. Βασικός παράγοντας για την αποδοχή και την ταχεία υιοθέτηση.
Σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά χρήσης, τις απαιτήσεις και τα πεδία εφαρμογής των μπαταριών ισχύος, οι τύποι έρευνας και ανάπτυξης μπαταριών ισχύος στην εγχώρια και διεθνή αγορά είναι περίπου: μπαταρίες μολύβδου-οξέος, μπαταρίες νικελίου-καδμίου, μπαταρίες νικελίου-μετάλλου υδριδίου, μπαταρίες ιόντων λιθίου, κυψέλες καυσίμου κ.λπ., μεταξύ των οποίων η ανάπτυξη μπαταριών ιόντων λιθίου λαμβάνει την μεγαλύτερη προσοχή.
Συμπεριφορά παραγωγής θερμότητας μπαταρίας ισχύος
Η πηγή θερμότητας, ο ρυθμός παραγωγής θερμότητας, η θερμική χωρητικότητα της μπαταρίας και άλλες σχετικές παράμετροι της μονάδας ισχύος της μπαταρίας σχετίζονται στενά με τη φύση της μπαταρίας. Η θερμότητα που απελευθερώνεται από την μπαταρία εξαρτάται από τη χημική, μηχανική και ηλεκτρική φύση και τα χαρακτηριστικά της μπαταρίας, ιδιαίτερα από τη φύση της ηλεκτροχημικής αντίδρασης. Η θερμική ενέργεια που παράγεται στην αντίδραση της μπαταρίας μπορεί να εκφραστεί με τη θερμότητα αντίδρασης Qr. Η ηλεκτροχημική πόλωση προκαλεί απόκλιση της πραγματικής τάσης της μπαταρίας από την ηλεκτροκινητική δύναμη ισορροπίας της και η απώλεια ενέργειας που προκαλείται από την πόλωση της μπαταρίας εκφράζεται με Qp. Εκτός από την αντίδραση της μπαταρίας που προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση αντίδρασης, υπάρχουν επίσης ορισμένες παράπλευρες αντιδράσεις. Τυπικές παράπλευρες αντιδράσεις περιλαμβάνουν την αποσύνθεση του ηλεκτρολύτη και την αυτοεκφόρτιση της μπαταρίας. Η θερμότητα παράπλευρης αντίδρασης που παράγεται σε αυτή τη διαδικασία είναι Qs. Επιπλέον, επειδή κάθε μπαταρία αναπόφευκτα θα έχει αντίσταση, η θερμότητα Joule Qj θα παράγεται όταν το ρεύμα διέρχεται. Επομένως, η συνολική θερμότητα μιας μπαταρίας είναι το άθροισμα της θερμότητας των ακόλουθων πτυχών: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.
Ανάλογα με τη συγκεκριμένη διαδικασία φόρτισης (εκφόρτισης), οι κύριοι παράγοντες που προκαλούν την παραγωγή θερμότητας από την μπαταρία είναι επίσης διαφορετικοί. Για παράδειγμα, όταν η μπαταρία φορτίζεται κανονικά, το Qr είναι ο κυρίαρχος παράγοντας. Και στο μεταγενέστερο στάδιο της φόρτισης της μπαταρίας, λόγω της αποσύνθεσης του ηλεκτρολύτη, αρχίζουν να εμφανίζονται παράπλευρες αντιδράσεις (η θερμότητα παράπλευρης αντίδρασης είναι Qs), όταν η μπαταρία είναι σχεδόν πλήρως φορτισμένη και υπερφορτισμένη. Αυτό που συμβαίνει κυρίως είναι η αποσύνθεση του ηλεκτρολύτη, όπου κυριαρχεί το Qs. Η θερμότητα Joule Qj εξαρτάται από το ρεύμα και την αντίσταση. Η συνήθως χρησιμοποιούμενη μέθοδος φόρτισης πραγματοποιείται υπό σταθερό ρεύμα και το Qj είναι μια συγκεκριμένη τιμή σε αυτή τη στιγμή. Ωστόσο, κατά την εκκίνηση και την επιτάχυνση, το ρεύμα είναι σχετικά υψηλό. Για τα HEV, αυτό ισοδυναμεί με ρεύμα δεκάδων αμπέρ έως εκατοντάδων αμπέρ. Σε αυτή τη στιγμή, η θερμότητα Joule Qj είναι πολύ μεγάλη και γίνεται η κύρια πηγή απελευθέρωσης θερμότητας της μπαταρίας.
Από την άποψη της ελεγξιμότητας της θερμικής διαχείρισης, τα συστήματα θερμικής διαχείρισης (HVH) μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους: ενεργητικά και παθητικά. Από την άποψη του μέσου μεταφοράς θερμότητας, τα συστήματα θερμικής διαχείρισης μπορούν να χωριστούν σε: αερόψυκτα (Θερμαντήρας αέρα PTC), υγρόψυκτο (Θερμαντήρας ψυκτικού PTC), και αποθήκευση θερμότητας αλλαγής φάσης.
Για τη μεταφορά θερμότητας με ψυκτικό μέσο (PTC Coolant Heater) ως μέσο, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί μια επικοινωνία μεταφοράς θερμότητας μεταξύ της μονάδας και του υγρού μέσου, όπως ένα υδροχιτώνιο, για την πραγματοποίηση έμμεσης θέρμανσης και ψύξης με τη μορφή συναγωγής και αγωγιμότητας θερμότητας. Το μέσο μεταφοράς θερμότητας μπορεί να είναι νερό, αιθυλενογλυκόλη ή ακόμα και ψυκτικό μέσο. Υπάρχει επίσης άμεση μεταφορά θερμότητας με βύθιση του πολικού τεμαχίου στο υγρό του διηλεκτρικού, αλλά πρέπει να ληφθούν μέτρα μόνωσης για την αποφυγή βραχυκυκλώματος.
Η παθητική ψύξη ψυκτικού μέσου χρησιμοποιεί γενικά ανταλλαγή θερμότητας υγρού-αέρα περιβάλλοντος και στη συνέχεια εισάγει κουκούλια στην μπαταρία για δευτερεύουσα ανταλλαγή θερμότητας, ενώ η ενεργητική ψύξη χρησιμοποιεί εναλλάκτες θερμότητας ψυκτικού κινητήρα-υγρού μέσου ή ηλεκτρική θέρμανση PTC/θέρμανση θερμικού λαδιού για την επίτευξη πρωτογενούς ψύξης. Θέρμανση, πρωτογενής ψύξη με κλιματισμό καμπίνας επιβατών/κλιματισμό ψυκτικού μέσου-υγρού μέσου.
Για συστήματα θερμικής διαχείρισης που χρησιμοποιούν αέρα και υγρό ως μέσο, η δομή είναι πολύ μεγάλη και πολύπλοκη λόγω της ανάγκης για ανεμιστήρες, αντλίες νερού, εναλλάκτες θερμότητας, θερμαντήρες, αγωγούς και άλλα αξεσουάρ, και επίσης καταναλώνει ενέργεια μπαταρίας και μειώνει την πυκνότητα ισχύος και την ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας.
Το υδρόψυκτο σύστημα ψύξης μπαταρίας χρησιμοποιεί ψυκτικό μέσο (50% νερό/50% αιθυλενογλυκόλη) για να μεταφέρει τη θερμότητα της μπαταρίας στο σύστημα ψυκτικού κλιματισμού μέσω του ψυγείου μπαταρίας και στη συνέχεια στο περιβάλλον μέσω του συμπυκνωτή. Η θερμοκρασία του νερού εισόδου της μπαταρίας ψύχεται από την μπαταρία. Είναι εύκολο να επιτευχθεί χαμηλότερη θερμοκρασία μετά την ανταλλαγή θερμότητας και η μπαταρία μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να λειτουργεί στο καλύτερο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας. Η αρχή λειτουργίας του συστήματος φαίνεται στο σχήμα. Τα κύρια εξαρτήματα του συστήματος ψυκτικού περιλαμβάνουν: συμπυκνωτή, ηλεκτρικό συμπιεστή, εξατμιστή, βαλβίδα εκτόνωσης με βαλβίδα διακοπής, ψυγείο μπαταρίας (βαλβίδα εκτόνωσης με βαλβίδα διακοπής) και σωλήνες κλιματισμού κ.λπ. Το κύκλωμα νερού ψύξης περιλαμβάνει: ηλεκτρική αντλία νερού, μπαταρία (συμπεριλαμβανομένων των πλακών ψύξης), ψύκτες μπαταρίας, σωλήνες νερού, δοχεία εκτόνωσης και άλλα αξεσουάρ.
Ώρα δημοσίευσης: 27 Απριλίου 2023
