Однією з ключових технологій транспортних засобів на нових джерелах енергії є акумуляторні батареї. Якість акумуляторів визначає вартість електромобілів, з одного боку, та запас ходу електромобілів, з іншого. Ключовий фактор для прийняття та швидкого впровадження.
Відповідно до характеристик використання, вимог та сфер застосування акумуляторних батарей, типи акумуляторних батарей, що досліджуються та розробляються в країні та за кордоном, приблизно такі: свинцево-кислотні акумулятори, нікель-кадмієві акумулятори, нікель-металгідридні акумулятори, літій-іонні акумулятори, паливні елементи тощо, серед яких найбільшу увагу приділяють розробці літій-іонних акумуляторів.
Поведінка тепловиділення акумулятора
Джерело тепла, швидкість тепловиділення, теплоємність акумулятора та інші пов'язані параметри модуля живлення акумулятора тісно пов'язані з його природою. Тепло, що виділяється акумулятором, залежить від хімічної, механічної та електричної природи та характеристик акумулятора, особливо від характеру електрохімічної реакції. Теплову енергію, що генерується в результаті реакції акумулятора, можна виразити теплотою реакції акумулятора Qr; електрохімічна поляризація призводить до відхилення фактичної напруги акумулятора від її рівноважної електрорушійної сили, а втрати енергії, спричинені поляризацією акумулятора, виражаються як Qp. Окрім реакції акумулятора, що відбувається згідно з рівнянням реакції, існують також деякі побічні реакції. Типові побічні реакції включають розкладання електроліту та саморозряд акумулятора. Теплота побічної реакції, що генерується в цьому процесі, дорівнює Qs. Крім того, оскільки будь-який акумулятор неминуче матиме опір, під час проходження струму генеруватиметься джоулево тепло Qj. Отже, загальне тепло акумулятора дорівнює сумі тепла наступних аспектів: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.
Залежно від конкретного процесу заряджання (розряджання), основні фактори, що спричиняють виділення тепла акумулятором, також відрізняються. Наприклад, коли акумулятор нормально заряджений, Qr є домінуючим фактором; а на пізнішому етапі заряджання акумулятора, через розкладання електроліту, починають відбуватися побічні реакції (теплота побічної реакції - Qs). Коли акумулятор майже повністю заряджений і перезаряджений, в основному відбувається розкладання електроліту, де домінує Qs. Джоулево тепло Qj залежить від струму та опору. Зазвичай використовується метод заряджання при постійному струмі, і Qj є певним значенням у цей момент. Однак під час запуску та розгону струм відносно високий. Для HEV це еквівалентно струму від десятків до сотень ампер. У цей момент джоулево тепло Qj дуже велике і стає основним джерелом виділення тепла акумулятором.
З точки зору керованості теплового управління, системи теплового управління можна розділити на два типи: активні та пасивні. З точки зору теплоносія, системи теплового управління можна розділити на: з повітряним охолодженням, рідинним охолодженням та з фазозмінним тепловим накопиченням.
Термічний менеджмент з повітрям як теплоносієм
Теплоносій суттєво впливає на продуктивність та вартість системи терморегуляції. Використання повітря як теплоносія полягає в тому, щоб воно безпосередньо подавалося через акумуляторний модуль для досягнення мети розсіювання тепла. Як правило, потрібні вентилятори, впускна та випускна вентиляція та інші компоненти.
Залежно від різних джерел надходження повітря, зазвичай розрізняють такі форми:
1 Пасивне охолодження з вентиляцією зовнішнього повітря
2. Пасивне охолодження/обігрів для вентиляції салону
3. Активне охолодження/обігрів зовнішнього або салонного повітря
Структура пасивної системи є відносно простою та безпосередньо використовує існуюче середовище. Наприклад, якщо взимку потрібно нагріти акумулятор, гаряче середовище в салоні автомобіля можна використовувати для вдихання повітря. Якщо температура акумулятора під час руху занадто висока, а охолоджувальний ефект повітря в салоні недостатній, можна вдихнути холодне повітря ззовні для охолодження.
Для активної системи необхідно створити окрему систему, яка забезпечуватиме функції обігріву або охолодження та незалежно керуватиметься залежно від стану акумулятора, що також збільшує споживання енергії та вартість транспортного засобу. Вибір різних систем головним чином залежить від потреб використання акумулятора.
Термічний менеджмент з рідиною як теплоносієм
Для теплопередачі з рідиною як середовищем необхідно встановити теплопередачу між модулем та рідким середовищем, наприклад, водяною сорочкою, для здійснення непрямого нагрівання та охолодження у формі конвекції та теплопровідності. Теплоносієм може бути вода, етиленгліколь або навіть холодоагент. Також існує пряма теплопередача шляхом занурення полюсного наконечника в рідину діелектрика, але необхідно вжити заходів ізоляції, щоб уникнути короткого замикання.
Пасивне рідинне охолодження зазвичай використовує теплообмін між рідиною та навколишнім повітрям, а потім вводить кокони в акумулятор для вторинного теплообміну, тоді як активне охолодження використовує теплообмінники з охолоджувальною рідиною двигуна та рідким середовищем або електричне нагрівання/підігрів термомасла для досягнення первинного охолодження. Опалення, первинне охолодження за допомогою повітря в пасажирському салоні/кондиціонування повітря з холодоагентом та рідким середовищем.
Система терморегулювання з повітрям та рідиною як середовищем вимагає вентиляторів, водяних насосів, теплообмінників, нагрівачів (Повітряний нагрівач PTC), трубопроводи та інші аксесуари роблять конструкцію занадто великою та складною, а також споживають енергію акумулятора, масив. Щільність потужності та щільність енергії акумулятора знижуються.
(Охолоджувальна рідина PTCобігрівач) Система охолодження акумулятора з водяним охолодженням використовує охолоджувальну рідину (50% води/50% етиленгліколю) для передачі тепла від акумулятора до системи охолодження кондиціонера через охолоджувач акумулятора, а потім у навколишнє середовище через конденсатор. Температура імпортованої води легко досягається нижчою після теплообміну охолоджувачем акумулятора, і акумулятор можна налаштувати для роботи в найкращому робочому діапазоні температур; принцип системи показано на рисунку. Основні компоненти системи охолодження включають: конденсатор, електричний компресор, випарник, розширювальний клапан із запірним клапаном, охолоджувач акумулятора (розширювальний клапан із запірним клапаном) та труби кондиціонера тощо; контур охолодження включає:електричний водяний насос, акумулятор (включаючи охолоджувальні пластини), охолоджувачі акумуляторів, водопровідні труби, розширювальні баки та інші аксесуари.
Час публікації: 13 липня 2023 р.
