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 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, υγρόψυκτα και συστήματα αποθήκευσης θερμότητας αλλαγής φάσης.
Θερμική διαχείριση με αέρα ως μέσο μεταφοράς θερμότητας
Το μέσο μεταφοράς θερμότητας έχει σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση και το κόστος του συστήματος θερμικής διαχείρισης. Η χρήση του αέρα ως μέσου μεταφοράς θερμότητας αποσκοπεί στην άμεση εισαγωγή του αέρα έτσι ώστε να ρέει μέσω της μονάδας μπαταρίας για την επίτευξη του σκοπού της απαγωγής θερμότητας. Γενικά, απαιτούνται ανεμιστήρες, εξαερισμός εισόδου και εξόδου και άλλα εξαρτήματα.
Ανάλογα με τις διαφορετικές πηγές εισαγωγής αέρα, υπάρχουν γενικά οι ακόλουθες μορφές:
1 Παθητική ψύξη με εξωτερικό αερισμό
2. Παθητική ψύξη/θέρμανση για τον αερισμό του χώρου επιβατών
3. Ενεργητική ψύξη/θέρμανση του εξωτερικού αέρα ή του αέρα του χώρου επιβατών
Η δομή του παθητικού συστήματος είναι σχετικά απλή και αξιοποιεί άμεσα το υπάρχον περιβάλλον. Για παράδειγμα, εάν η μπαταρία χρειάζεται θέρμανση τον χειμώνα, το ζεστό περιβάλλον στο χώρο επιβατών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εισπνοή αέρα. Εάν η θερμοκρασία της μπαταρίας είναι πολύ υψηλή κατά την οδήγηση και η ψυκτική ικανότητα του αέρα στο χώρο επιβατών δεν είναι καλή, μπορεί να εισπνευστεί κρύος αέρας από έξω για να κρυώσει.
Για το ενεργό σύστημα, πρέπει να δημιουργηθεί ένα ξεχωριστό σύστημα που να παρέχει λειτουργίες θέρμανσης ή ψύξης και να ελέγχεται ανεξάρτητα ανάλογα με την κατάσταση της μπαταρίας, γεγονός που αυξάνει επίσης την κατανάλωση ενέργειας και το κόστος του οχήματος. Η επιλογή διαφορετικών συστημάτων εξαρτάται κυρίως από τις απαιτήσεις χρήσης της μπαταρίας.
Θερμική διαχείριση με υγρό ως μέσο μεταφοράς θερμότητας
Για τη μεταφορά θερμότητας με υγρό 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 εμβάπτιση του πολικού τεμαχίου στο υγρό του διηλεκτρικού, αλλά πρέπει να ληφθούν μέτρα μόνωσης για την αποφυγή βραχυκυκλώματος.
Η παθητική υγρή ψύξη χρησιμοποιεί γενικά ανταλλαγή θερμότητας υγρού-αέρα περιβάλλοντος και στη συνέχεια εισάγει κουκούλια στην μπαταρία για δευτερογενή ανταλλαγή θερμότητας, ενώ η ενεργητική ψύξη χρησιμοποιεί εναλλάκτες θερμότητας ψυκτικού κινητήρα-υγρού μέσου ή ηλεκτρική θέρμανση/θέρμανση θερμικού λαδιού για την επίτευξη πρωτογενούς ψύξης. Θέρμανση, πρωτογενής ψύξη με κλιματισμό καμπίνας επιβατών/κλιματισμό ψυκτικού-υγρού μέσου.
Το σύστημα θερμικής διαχείρισης με αέρα και υγρό ως μέσο απαιτεί ανεμιστήρες, αντλίες νερού, εναλλάκτες θερμότητας, θερμαντήρες (Θερμαντήρας αέρα PTC), αγωγοί και άλλα αξεσουάρ που καθιστούν τη δομή πολύ μεγάλη και πολύπλοκη, και επίσης καταναλώνουν ενέργεια μπαταρίας, η πυκνότητα ισχύος και η ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας μειώνονται.
(Ψυκτικό PTCθερμάστρα) Το υδρόψυκτο σύστημα ψύξης μπαταρίας χρησιμοποιεί ψυκτικό μέσο (50% νερό/50% αιθυλενογλυκόλη) για να μεταφέρει θερμότητα από την μπαταρία στο σύστημα ψυκτικού κλιματισμού μέσω του ψυγείου της μπαταρίας και στη συνέχεια στο περιβάλλον μέσω του συμπυκνωτή. Η θερμοκρασία του εισαγόμενου νερού είναι εύκολο να επιτευχθεί σε χαμηλότερη θερμοκρασία μετά την ανταλλαγή θερμότητας από το ψυγείο της μπαταρίας 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), ψυγεία μπαταρίας, σωλήνες νερού, δοχεία διαστολής και άλλα αξεσουάρ.
Ώρα δημοσίευσης: 13 Ιουλίου 2023
