Tehnologie de management termic
Managementul termic al bateriei
Managementul termic al bateriei este o componentă cheie a sistemului de management termic al vehiculelor electrice. Scopul său principal este de a se asigura că acumulatorul menține o temperatură de funcționare adecvată în diferite condiții de funcționare pentru a asigura performanța, siguranța și durata de viață a bateriei. Managementul termic al bateriei include în principal două aspecte: disiparea căldurii și încălzirea. În cele ce urmează se vor detalia diferitele căi tehnice pentru realizarea acestor două funcții.
1. Disiparea căldurii bateriei
1) Răcire cu aer. Răcirea cu aer este o metodă de disipare a căldurii relativ simplă și ieftină. Îndepărtează căldura generată de baterie prin convecție naturală sau prin instalarea unui ventilator pentru a forța fluxul de aer. Sistemul de răcire cu aer se bazează în principal pe radiatorul de pe suprafața pachetului de baterii pentru schimbul de căldură, care este potrivit pentru scenarii cu cerințe de densitate scăzută de putere sau temperatură ambientală moderată. Cu toate acestea, datorită capacității de căldură specifice reduse a aerului, eficiența schimbului de căldură este relativ limitată, iar capacitatea de răcire rapidă a bateriilor de mare putere și densitate energetică este slabă.
2) Răcire cu lichid. Soluția de răcire lichidă folosește lichid de răcire (cum ar fi apă, soluție de etilenglicol etc.) ca mediu de transfer de căldură, care este în contact direct cu bateria printr-o conductă de circulație pentru a obține o conducere eficientă a căldurii. Sistemul de răcire cu lichid poate controla cu precizie temperatura bateriei, în special pentru vehiculele electrice de înaltă performanță. În timp ce previne în mod eficient supraîncălzirea bateriei, asigură o distribuție uniformă a temperaturii bateriei, îmbunătățind astfel durata de viață a bateriei și performanța generală. Cu toate acestea, răcirea cu lichid are anumite limitări. Sistemul de răcire cu lichid este mai complex, există riscul de scurgere de lichid, există anumite cerințe pentru rezistența la coroziune a materialului, iar costul de întreținere este crescut.
3) Materialul cu schimbare de fază (PCM) disiparea căldurii. Materialele cu schimbare de fază pot absorbi o cantitate mare de căldură latentă în timpul procesului de tranziție de fază solid-lichid, obținând astfel un efect bun de disipare a căldurii. Când se aplică managementului termic al bateriei, PCM poate fi înfășurat în jurul bateriei sau încorporat în modulul bateriei pentru a absorbi căldura atunci când temperatura bateriei crește, jucând un rol în eliberarea lentă a căldurii. Avantajul disipării căldurii PCM este caracteristicile sale de temperatură constantă, care împiedică creșterea bruscă a temperaturii bateriei, dar dezavantajele sunt, de asemenea, relativ evidente. Conductivitatea sa termică este relativ slabă, viteza de răspuns este lentă și costul materialului este ridicat.
4) Disiparea căldurii conductei de căldură. Conductele de căldură pot transfera căldură utilizând procesul de schimbare de fază a fluidului de lucru fără aport de energie externă pentru a obține o conductivitate termică eficientă. În aplicațiile de management termic al bateriei, conductele de căldură pot transfera rapid căldura din punctele fierbinți locale și pot îmbunătăți consistența temperaturii întregului pachet de baterii. Conductele de căldură au avantajele unei eficiențe ridicate a transferului de căldură, dimensiuni mici și greutate redusă, dar structura lor este complexă, costul de fabricație este relativ ridicat și trebuie acordată atenție proiectării unui capăt de condensare adecvat pentru a asigura eficiența disipării căldurii.
5) Disiparea directă a căldurii de răcire. Răcirea directă se referă în principal la mediul de răcire (de obicei lichid) care curge direct prin modulul bateriei sau celula bateriei pentru a controla eficient temperatura de funcționare a bateriei. Acest design permite suprafeței bateriei să disipeze căldura rapid, ceea ce este deosebit de potrivit pentru ocazii cu temperaturi ridicate și consum de energie mare. Cu toate acestea, răcirea directă are cerințe extrem de ridicate pentru etanșare și, odată ce lichidul de răcire se scurge, poate cauza pericole grave de siguranță.
2. Încălzire baterie
1) Încălzire PTC. Încălzitorul cu coeficient de temperatură pozitiv (PTC) se bazează pe efectul coeficientului de temperatură pozitiv, adică rezistența crește odată cu creșterea temperaturii. Prin urmare, poate oferi o putere termică stabilă în medii cu temperatură scăzută, limitând în același timp propria temperatură să fie prea ridicată. Încălzirea PTC este utilizată pe scară largă în vehiculele electrice pentru confort, cum ar fi încălzirea scaunelor și încălzirea auxiliară a sistemului de aer condiționat din interiorul vehiculului. Datorită caracteristicilor sale de autoreglare, poate oferi efecte de încălzire stabile și eficiente, evitând în același timp problemele cauzate de supraîncălzire. Este o tehnologie eficientă de încălzire. Cu toate acestea, încălzirea PTC este încălzire electrică, ceea ce va crește consumul total de energie al vehiculelor electrice și va reduce autonomia.
2) Încălzire cu pompă de căldură. Sistemul de aer condiționat cu pompă de căldură absoarbe căldura la temperatură scăzută din mediul extern prin ciclul Carnot invers și o transferă în baterie și cabină prin procesul de comprimare și eliberare a căldurii. În comparație cu metodele tradiționale de încălzire PTC, pompele de căldură sunt mai eficiente din punct de vedere energetic în medii cu temperatură scăzută și ajută la menținerea performanței vehiculului. Cu toate acestea, proiectarea și funcționarea sistemelor cu pompe de căldură sunt mai complexe, mai ales în condiții extreme de temperatură scăzută, unde performanța acestora va scădea. Din acest motiv, unele studii au propus tehnologii inovatoare precum injecția de aer și pompele de căldură cu două surse pentru a optimiza performanța pompei de căldură la temperaturi ambientale scăzute.
