Ena ključnih tehnologij vozil na nova energijska energetska omrežja so akumulatorji. Kakovost akumulatorjev na eni strani določa ceno električnih vozil, na drugi pa doseg električnih vozil. To je ključni dejavnik za sprejetje in hitro uporabo.
Glede na značilnosti uporabe, zahteve in področja uporabe baterij so raziskovalne in razvojne vrste baterij doma in v tujini približno naslednje: svinčeno-kislinske baterije, nikelj-kadmijeve baterije, nikelj-metalhidridne baterije, litij-ionske baterije, gorivne celice itd., med katerimi je največ pozornosti namenjene razvoju litij-ionskih baterij.
Obnašanje pri segrevanju akumulatorja
Vir toplote, hitrost proizvodnje toplote, toplotna kapaciteta baterije in drugi sorodni parametri baterijskega modula so tesno povezani z naravo baterije. Toplota, ki jo sprosti baterija, je odvisna od kemične, mehanske in električne narave ter značilnosti baterije, zlasti od narave elektrokemične reakcije. Toplotno energijo, ki nastane med reakcijo baterije, lahko izrazimo z reakcijsko toploto baterije Qr; elektrokemična polarizacija povzroči odstopanje dejanske napetosti baterije od njene ravnotežne elektromotorne sile, izguba energije zaradi polarizacije baterije pa je izražena s Qp. Poleg reakcije baterije, ki poteka po reakcijski enačbi, obstajajo tudi nekatere stranske reakcije. Tipične stranske reakcije vključujejo razgradnjo elektrolita in samopraznjenje baterije. Stranska reakcijska toplota, ki nastane v tem procesu, je Qs. Poleg tega, ker ima vsaka baterija neizogibno upor, se ob prehodu toka ustvari Joulova toplota Qj. Zato je skupna toplota baterije vsota toplote naslednjih vidikov: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.
Glede na specifičen postopek polnjenja (praznjenja) se razlikujejo tudi glavni dejavniki, ki povzročajo sproščanje toplote v bateriji. Na primer, ko je baterija normalno napolnjena, je Qr prevladujoči dejavnik; v kasnejši fazi polnjenja baterije pa se zaradi razgradnje elektrolita začnejo pojavljati stranske reakcije (toplota stranske reakcije je Qs). Ko je baterija skoraj popolnoma napolnjena in prenapolnjena, se v glavnem zgodi razgradnja elektrolita, kjer prevladuje Qs. Joulova toplota Qj je odvisna od toka in upora. Običajno uporabljena metoda polnjenja se izvaja s konstantnim tokom, Qj pa je v tem času specifična vrednost. Vendar pa je med zagonom in pospeševanjem tok relativno visok. Pri HEV je to enakovredno toku od deset do sto amperov. V tem času je Joulova toplota Qj zelo velika in postane glavni vir sproščanja toplote v bateriji.
Z vidika obvladljivosti toplotnega upravljanja lahko sisteme za toplotno upravljanje razdelimo na dve vrsti: aktivne in pasivne. Z vidika medija za prenos toplote lahko sisteme za toplotno upravljanje razdelimo na: zračno hlajene, tekočinsko hlajene in fazno spremenljive toplotne shranjevalnike.
Toplotno upravljanje z zrakom kot prenosnim medijem toplote
Medij za prenos toplote ima pomemben vpliv na delovanje in stroške sistema za upravljanje toplote. Uporaba zraka kot medija za prenos toplote je namenjena neposrednemu dovajanju zraka, tako da teče skozi baterijski modul za doseganje namena odvajanja toplote. Na splošno so potrebni ventilatorji, dovodno in odvodno prezračevanje ter druge komponente.
Glede na različne vire dovoda zraka obstajajo običajno naslednje oblike:
1 Pasivno hlajenje z zunanjim prezračevanjem
2. Pasivno hlajenje/ogrevanje za prezračevanje potniškega prostora
3. Aktivno hlajenje/ogrevanje zunanjega zraka ali zraka v potniški kabini
Struktura pasivnega sistema je relativno preprosta in neposredno izkorišča obstoječe okolje. Na primer, če je treba baterijo pozimi ogreti, se lahko vroče okolje v potniški kabini uporabi za vdihavanje zraka. Če je temperatura baterije med vožnjo previsoka in hladilni učinek zraka v potniški kabini ni dober, se lahko vdihava hladen zunanji zrak, da se ohladi.
Za aktivni sistem je treba vzpostaviti ločen sistem, ki zagotavlja funkcije ogrevanja ali hlajenja in ga je mogoče neodvisno krmiliti glede na stanje baterije, kar prav tako poveča porabo energije in stroške vozila. Izbira različnih sistemov je odvisna predvsem od zahtev glede uporabe baterije.
Toplotno upravljanje s tekočino kot nosilcem toplote
Za prenos toplote s tekočino kot medijem je treba vzpostaviti komunikacijo za prenos toplote med modulom in tekočim medijem, kot je vodni plašč, za posredno segrevanje in hlajenje v obliki konvekcije in prevajanja toplote. Medij za prenos toplote je lahko voda, etilen glikol ali celo hladilno sredstvo. Obstaja tudi neposreden prenos toplote s potopitvijo pola v tekočino dielektrika, vendar je treba sprejeti izolacijske ukrepe, da se prepreči kratek stik.
Pasivno hlajenje s tekočino običajno uporablja izmenjavo toplote med tekočino in zunanjim zrakom, nato pa v akumulator vnese kokone za sekundarno izmenjavo toplote, medtem ko aktivno hlajenje uporablja toplotne izmenjevalnike hladilne tekočine motorja in tekočine ali električno ogrevanje/ogrevanje s termalnim oljem za doseganje primarnega hlajenja. Ogrevanje, primarno hlajenje s hladilnim medijem v potniški kabini/klimatsko napravo.
Sistem za upravljanje temperature z zrakom in tekočino kot medijem zahteva ventilatorje, vodne črpalke, toplotne izmenjevalnike, grelnike (PTC grelec zraka), cevovodi in drugi dodatki, zaradi česar je struktura prevelika in zapletena, poleg tega pa porabljajo energijo baterije, niz Gostota moči in energijska gostota baterije se znižata.
(Hladilna tekočina PTCgrelec) Vodno hlajeni hladilni sistem akumulatorja uporablja hladilno tekočino (50 % vode/50 % etilen glikola) za prenos toplote iz akumulatorja v hladilni sistem klimatske naprave prek hladilnika akumulatorja in nato v okolje prek kondenzatorja. Temperatura dovedene vode se po izmenjavi toplote s hladilnikom akumulatorja zlahka zniža, akumulator pa je mogoče nastaviti tako, da deluje v najboljšem delovnem temperaturnem območju; načelo sistema je prikazano na sliki. Glavne komponente hladilnega sistema vključujejo: kondenzator, električni kompresor, uparjalnik, ekspanzijski ventil z zapornim ventilom, hladilnik akumulatorja (ekspanzijski ventil z zapornim ventilom) in cevi klimatske naprave itd.; krog hladilne vode vključuje:električna vodna črpalka, akumulator (vključno s hladilnimi ploščami), hladilniki akumulatorjev, vodovodne cevi, ekspanzijske posode in druga dodatna oprema.
Čas objave: 13. julij 2023
