Λύσεις Θερμικής Διαχείρισης για Συστήματα Μπαταριών

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι ο παράγοντας θερμοκρασίας έχει καθοριστικό αντίκτυπο στην απόδοση, τη διάρκεια ζωής και την ασφάλεια των μπαταριών. Γενικά, αναμένουμε ότι το σύστημα μπαταριών θα λειτουργεί στην περιοχή των 15~35℃, ώστε να επιτυγχάνεται η καλύτερη δυνατή ισχύς εξόδου και εισόδου, η μέγιστη διαθέσιμη ενέργεια και η μεγαλύτερη διάρκεια ζωής του κύκλου (αν και η αποθήκευση σε χαμηλή θερμοκρασία μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, δεν έχει νόημα να εφαρμόζεται η αποθήκευση σε χαμηλή θερμοκρασία σε εφαρμογές, και οι μπαταρίες είναι πολύ παρόμοιες με αυτές των ανθρώπων από αυτή την άποψη).

Προς το παρόν, η θερμική διαχείριση του συστήματος μπαταρίας μπορεί να χωριστεί κυρίως σε τέσσερις κατηγορίες: φυσική ψύξη, αερόψυξη, υγρή ψύξη και άμεση ψύξη. Μεταξύ αυτών, η φυσική ψύξη είναι μια παθητική μέθοδος θερμικής διαχείρισης, ενώ η αερόψυξη, η υγρή ψύξη και το συνεχές ρεύμα είναι ενεργές. Η κύρια διαφορά μεταξύ αυτών των τριών είναι η διαφορά στο μέσο ανταλλαγής θερμότητας.

· Φυσική ψύξη
Η ελεύθερη ψύξη δεν διαθέτει πρόσθετες συσκευές για ανταλλαγή θερμότητας. Για παράδειγμα, η BYD έχει υιοθετήσει φυσική ψύξη στα μοντέλα Qin, Tang, Song, E6, Tengshi και άλλα που χρησιμοποιούν κυψέλες LFP. Είναι κατανοητό ότι η επόμενη BYD θα μεταβεί σε υγρή ψύξη για μοντέλα που χρησιμοποιούν τριαδικές μπαταρίες.

· Ψύξη με αέρα (Θερμαντήρας αέρα PTC)
Η ψύξη με αέρα χρησιμοποιεί αέρα ως μέσο μεταφοράς θερμότητας. Υπάρχουν δύο συνηθισμένοι τύποι. Ο πρώτος ονομάζεται παθητική ψύξη με αέρα, η οποία χρησιμοποιεί απευθείας εξωτερικό αέρα για ανταλλαγή θερμότητας. Ο δεύτερος τύπος είναι η ενεργητική ψύξη με αέρα, η οποία μπορεί να προθερμάνει ή να ψύξει τον εξωτερικό αέρα πριν εισέλθει στο σύστημα της μπαταρίας. Στις πρώτες μέρες, πολλά ιαπωνικά και κορεατικά ηλεκτρικά μοντέλα χρησιμοποιούσαν λύσεις με ψύξη με αέρα.

· Υγρή ψύξη
Η υγρή ψύξη χρησιμοποιεί αντιψυκτικό (όπως αιθυλενογλυκόλη) ως μέσο μεταφοράς θερμότητας. Υπάρχουν γενικά πολλά διαφορετικά κυκλώματα ανταλλαγής θερμότητας στο διάλυμα. Για παράδειγμα, το VOLT διαθέτει ένα κύκλωμα καλοριφέρ, ένα κύκλωμα κλιματισμού (Κλιματισμός PTC), και ένα κύκλωμα PTC (Θερμαντήρας ψυκτικού PTC). Το σύστημα διαχείρισης μπαταρίας ανταποκρίνεται, προσαρμόζεται και αλλάζει σύμφωνα με τη στρατηγική θερμικής διαχείρισης. Το TESLA Model S διαθέτει ένα κύκλωμα σε σειρά με την ψύξη του κινητήρα. Όταν η μπαταρία χρειάζεται να θερμανθεί σε χαμηλή θερμοκρασία, το κύκλωμα ψύξης του κινητήρα συνδέεται σε σειρά με το κύκλωμα ψύξης της μπαταρίας και ο κινητήρας μπορεί να θερμάνει την μπαταρία. Όταν η μπαταρία βρίσκεται σε υψηλή θερμοκρασία, το κύκλωμα ψύξης του κινητήρα και το κύκλωμα ψύξης της μπαταρίας θα ρυθμιστούν παράλληλα και τα δύο συστήματα ψύξης θα διαχέουν τη θερμότητα ανεξάρτητα.

1. Συμπυκνωτής αερίου

2. Δευτερεύων συμπυκνωτής

3. Δευτερεύων ανεμιστήρας συμπυκνωτή

4. Ανεμιστήρας συμπυκνωτή αερίου

5. Αισθητήρας πίεσης κλιματιστικού (πλευρά υψηλής πίεσης)

6. Αισθητήρας θερμοκρασίας κλιματιστικού (πλευρά υψηλής πίεσης)

7. Ηλεκτρονικός συμπιεστής κλιματιστικού

8. Αισθητήρας πίεσης κλιματιστικού (πλευρά χαμηλής πίεσης)

9. Αισθητήρας θερμοκρασίας κλιματιστικού (πλευρά χαμηλής πίεσης)

10. Βαλβίδα εκτόνωσης (ψύκτης)

11. Βαλβίδα εκτόνωσης (εξατμιστής)

· Άμεση ψύξη
Η άμεση ψύξη χρησιμοποιεί ψυκτικό μέσο (υλικό που αλλάζει φάση) ως μέσο ανταλλαγής θερμότητας. Το ψυκτικό μέσο μπορεί να απορροφήσει μεγάλη ποσότητα θερμότητας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μετάβασης φάσης αερίου-υγρού. Σε σύγκριση με το ψυκτικό μέσο, ​​η απόδοση μεταφοράς θερμότητας μπορεί να αυξηθεί περισσότερο από τρεις φορές και η μπαταρία μπορεί να αντικατασταθεί πιο γρήγορα. Η θερμότητα μέσα στο σύστημα απομακρύνεται. Το σύστημα άμεσης ψύξης έχει χρησιμοποιηθεί στο BMW i3.

 

Εκτός από την απόδοση ψύξης, το σύστημα θερμικής διαχείρισης του συστήματος μπαταριών πρέπει να λαμβάνει υπόψη τη σταθερότητα της θερμοκρασίας όλων των μπαταριών. Το PACK έχει εκατοντάδες στοιχεία και ο αισθητήρας θερμοκρασίας δεν μπορεί να ανιχνεύσει κάθε στοιχείο. Για παράδειγμα, υπάρχουν 444 μπαταρίες σε μια μονάδα του Tesla Model S, αλλά έχουν τοποθετηθεί μόνο 2 σημεία ανίχνευσης θερμοκρασίας. Επομένως, είναι απαραίτητο να γίνει η μπαταρία όσο το δυνατόν πιο σταθερή μέσω του σχεδιασμού θερμικής διαχείρισης. Και η καλή σταθερότητα θερμοκρασίας είναι η προϋπόθεση για σταθερές παραμέτρους απόδοσης, όπως η ισχύς της μπαταρίας, η διάρκεια ζωής και το SOC.