Termisk styringsteknologi
Termisk styring av batterier
Termisk batteristyring er en nøkkelkomponent i det termiske styringssystemet til elektriske kjøretøy. Hovedmålet er å sikre at batteripakken holder en passende driftstemperatur under ulike driftsforhold for å sikre batteriytelse, sikkerhet og levetid. Termisk styring av batteri omfatter hovedsakelig to aspekter: varmeavledning og oppvarming. Det følgende vil utdype de forskjellige tekniske veiene for å oppnå disse to funksjonene.
1.Batteri varmespredning
1) Luftkjøling. Luftkjøling er en relativt enkel og rimelig varmeavledningsmetode. Den fjerner varmen som genereres av batteriet gjennom naturlig konveksjon eller ved å installere en vifte for å tvinge luftstrømmen. Luftkjølesystemet er hovedsakelig avhengig av kjøleribben på overflaten av batteripakken for varmeveksling, som er egnet for scenarier med krav til lav effekttetthet eller moderat omgivelsestemperatur. På grunn av den lille spesifikke varmekapasiteten til luft er imidlertid varmevekslingseffektiviteten relativt begrenset, og den raske kjøleevnen for batterier med høy effekt og høy energitetthet er svak.
2) Væskekjøling. Den flytende kjøleløsningen bruker kjølevæske (som vann, etylenglykolløsning osv.) som varmeoverføringsmedium, som er i direkte kontakt med batteriet gjennom et sirkulasjonsrør for å oppnå effektiv varmeledning. Væskekjølesystemet kan nøyaktig kontrollere batteritemperaturen, spesielt for elektriske kjøretøy med høy ytelse. Mens det effektivt forhindrer at batteriet overopphetes, sikrer det at batteritemperaturen er jevnt fordelt, og forbedrer dermed batterilevetiden og den generelle ytelsen. Væskekjøling har imidlertid visse begrensninger. Væskekjølesystemet er mer komplekst, det er fare for væskelekkasje, det er visse krav til materialets korrosjonsmotstand, og vedlikeholdskostnadene økes.
3) Phase Change Material (PCM) varmeavledning. Faseendringsmaterialer kan absorbere en stor mengde latent varme under fast-væske faseovergangsprosessen, og derved oppnå en god varmespredningseffekt. Når det brukes til termisk batteristyring, kan PCM pakkes rundt batteriet eller innebygges i batterimodulen for å absorbere varme når batteritemperaturen stiger, noe som spiller en rolle i langsom varmeavgivelse. Fordelen med PCM-varmeavledning er dens konstante temperaturegenskaper, som forhindrer at batteritemperaturen plutselig stiger, men ulempene er også relativt åpenbare. Dens termiske ledningsevne er relativt dårlig, responshastigheten er langsom, og materialkostnaden er høy.
4) Varmerørs varmeavledning. Varmerør kan overføre varme ved å bruke faseendringsprosessen til arbeidsvæsken uten ekstern energitilførsel for å oppnå effektiv varmeledningsevne. I applikasjoner for termisk styring av batterier kan varmerør raskt overføre varme fra lokale varmepunkter og forbedre temperaturkonsistensen til hele batteripakken. Varmerør har fordelene med høy varmeoverføringseffektivitet, liten størrelse og lav vekt, men deres struktur er kompleks, produksjonskostnadene er relativt høye, og det bør rettes oppmerksomhet mot å designe en passende kondenseringsende for å sikre varmeavledningseffektivitet.
5) Direkte kjølende varmeavledning. Direkte kjøling refererer hovedsakelig til kjølemediet (vanligvis væske) som strømmer direkte gjennom batterimodulen eller battericellen for effektivt å kontrollere driftstemperaturen til batteriet. Denne designen gjør at batterioverflaten kan spre varmen raskt, noe som er spesielt egnet for anledninger med høy temperatur og høyt strømbehov. Direkte kjøling har imidlertid ekstremt høye krav til tetting, og når kjølevæsken lekker ut, kan det forårsake alvorlige sikkerhetsfarer.
2. Batterioppvarming
1) PTC oppvarming. Den positive temperaturkoeffisienten (PTC)-varmeren er basert på den positive temperaturkoeffisienteffekten, det vil si at motstanden øker med temperaturøkningen. Derfor kan den gi stabil varmeeffekt i lavtemperaturmiljøer samtidig som den automatisk begrenser sin egen temperatur fra å være for høy. PTC-oppvarming er mye brukt i elektriske kjøretøy for komfort, for eksempel setevarme og tilleggsoppvarming av klimaanlegget i kjøretøyet. På grunn av dens selvregulerende egenskaper kan den gi stabile og effektive varmeeffekter samtidig som man unngår problemer forårsaket av overoppheting. Det er en effektiv varmeteknologi. PTC-oppvarming er imidlertid elektrisk oppvarming, som vil øke det totale energiforbruket til elektriske kjøretøy og redusere rekkevidden.
2) Varmepumpeoppvarming. Varmepumpens klimaanlegg absorberer lavtemperaturvarme fra det ytre miljøet gjennom den omvendte Carnot-syklusen, og overfører den til batteriet og kabinen gjennom prosessen med å komprimere og frigjøre varme. Sammenlignet med tradisjonelle PTC-oppvarmingsmetoder er varmepumper mer energieffektive i miljøer med lav temperatur og bidrar til å opprettholde kjøretøyytelsen. Utformingen og driften av varmepumpesystemer er imidlertid mer komplekse, spesielt under ekstreme lavtemperaturforhold, hvor ytelsen vil avta. Av denne grunn har noen studier foreslått innovative teknologier som luftinnsprøytning og varmepumper med to kilder for å optimalisere varmepumpeytelsen ved lave omgivelsestemperaturer.