Συζήτηση για την τεχνολογία θερμικής διαχείρισης μπαταριών οχημάτων νέας ενέργειας
Οι μπαταρίες ισχύος είναι η κύρια πηγή ενέργειας για οχήματα νέας ενέργειας. Οι μπαταρίες παράγουν πολλή θερμότητα κατά τη λειτουργία του οχήματος και όσο περνάει ο καιρός, η θερμότητα συσσωρεύεται σε σχετικά μικρό χώρο. Λόγω της πυκνής στοίβαξης των στοιχείων στο πακέτο μπαταριών, είναι επίσης πιο δύσκολο να διαχέεται θερμότητα στη μεσαία περιοχή σε κάποιο βαθμό, γεγονός που επιδεινώνει την ασυνέπεια θερμοκρασίας μεταξύ των στοιχείων. Ως αποτέλεσμα, η απόδοση φόρτισης και αποφόρτισης της μπαταρίας θα μειωθεί, επηρεάζοντας την ισχύ της μπαταρίας. Σε σοβαρές περιπτώσεις, θα οδηγήσει επίσης σε θερμική διαφυγή, επηρεάζοντας την ασφάλεια και τη ζωή του συστήματος. Ειδικά όσον αφορά τη διαχείριση της θερμοκρασίας, η θερμική διαρροή της μπαταρίας μπορεί να προκαλέσει πυρκαγιά και υποβάθμιση της απόδοσης. Ως εκ τούτου, η έρευνα για την τεχνολογία θερμικής διαχείρισης μπαταριών οχημάτων νέας ενέργειας έχει μεγάλη σημασία για την ανάπτυξη νέων ενεργειακών οχημάτων.
1. Βασικά στοιχεία του συστήματος θερμικής διαχείρισης οχημάτων
Το σύστημα θερμικής διαχείρισης των νέων ενεργειακών οχημάτων περιλαμβάνει τέσσερα μέρη: σύστημα μπαταρίας, σύστημα κινητήρα, σύστημα κλιματισμού και άλλα εξαρτήματα. Σε σύγκριση με τη θερμική διαχείριση των παραδοσιακών οχημάτων καυσίμων, το σύστημα θερμικής διαχείρισης των οχημάτων νέας ενέργειας είναι πιο περίπλοκο. Το σύστημα μπαταριών είναι ζωτικής σημασίας συστατικό των οχημάτων νέας ενέργειας. Οι μηχανικοί πρέπει να ξεκινήσουν με τη θερμική διαχείριση του συστήματος μπαταρίας για να σχεδιάσουν ένα καλό σύστημα θερμικής διαχείρισης για ολόκληρο το όχημα.
Από τη γέννηση των νέων ενεργειακών οχημάτων, ειδικοί και μελετητές σε συναφείς βιομηχανίες έχουν διεξαγάγει πολλές έρευνες σχετικά με τη διάχυση θερμότητας των μπαταριών τους και έχουν επιτύχει πολλά αποτελέσματα. Η κύρια μέθοδος ψύξης της θερμικής διαχείρισης της μπαταρίας έχει αλλάξει από ψύξη αέρα σε υγρή ψύξη, ψύξη υλικού αλλαγής φάσης και ψύξη σωλήνων θερμότητας. Στη συνέχεια αναλύονται οι τεχνολογίες ψύξης όπως η ψύξη με αέρα, η υγρή ψύξη, η ψύξη υλικού αλλαγής φάσης και η ψύξη σωλήνων θερμότητας.
2.1 Αερόψυξη
Η ψύξη αέρα είναι μια μέθοδος απαγωγής θερμότητας που χρησιμοποιεί τον αέρα ως μέσο και χρησιμοποιεί τη μεταφορά θερμότητας στον αέρα για να επιτρέψει στην μπαταρία να ανταλλάσσει απευθείας θερμότητα με τον αέρα, μειώνοντας έτσι τη θερμοκρασία της μπαταρίας. Η ψύξη αέρα μπορεί να χωριστεί σε φυσική ψύξη και εξαναγκασμένη ψύξη ανάλογα με το αν χρησιμοποιείται ανεμιστήρας. Η φυσική ψύξη αέρα χρησιμοποιείται χωρίς ανεμιστήρα. Η εξαναγκασμένη ψύξη αέρα χρησιμοποιείται με ανεμιστήρα. Ένας μεγάλος αριθμός μελετών έχει δείξει ότι η επίδραση της απαγωγής θερμότητας της εξαναγκασμένης ψύξης αέρα είναι πολύ υψηλότερη από αυτή της φυσικής ψύξης αέρα.
Η ψύξη αέρα μπορεί επίσης να χωριστεί σε σειριακή και παράλληλη ψύξη σύμφωνα με διαφορετικές δομές απαγωγής θερμότητας. Στη μέθοδο σειριακής ψύξης, η ροή αέρα εισέρχεται από τη μία πλευρά και ρέει έξω από την άλλη πλευρά. Αυτή η μέθοδος θα οδηγήσει σε κακή ψύξη των μπαταριών μακριά από το κανάλι ροής εισόδου αέρα, ανομοιόμορφη απαγωγή θερμότητας των μπαταριών και μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας στις μπαταρίες. στη μέθοδο παράλληλης ψύξης, η ροή αέρα εισέρχεται γενικά από το κάτω μέρος και ρέει έξω από την κορυφή. Όπως φαίνεται από το σχήμα, η ροή αέρα ψύξης μπορεί βασικά να ρέει μέσω της επιφάνειας κάθε μπαταρίας, επομένως η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ κάθε μπαταρίας θα είναι μικρότερη από αυτή της σειριακής ψύξης, αλλά φέρνει επίσης το πρόβλημα της ανομοιόμορφης κατανομής θερμότητας.
2.2 Υγρό ψύξη
Η τεχνολογία υγρής ψύξης μπαταρίας ισχύος είναι μία από τις τεχνολογίες θερμικής διαχείρισης. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί συνήθως ένα ψυκτικό υγρό με υψηλό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας για να επιτρέπει στην μπαταρία να ανταλλάσσει θερμότητα με το ψυκτικό, μειώνοντας έτσι τη θερμοκρασία της μπαταρίας.
Συγκρίθηκε και αναλύθηκε η απόδοση απαγωγής θερμότητας αερόψυκτων και υγρόψυκτων πακέτων μπαταριών. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η μέγιστη θερμοκρασία της μπαταρίας είναι χαμηλότερη και η σταθερότητα της θερμοκρασίας είναι καλύτερη στο σύστημα υγρής ψύξης. Η υγρή ψύξη είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική μέθοδος απαγωγής θερμότητας και ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι υψηλότερος από αυτόν της ψύξης με αέρα. Το σύστημα υγρής ψύξης των ηλεκτρικών οχημάτων μπορεί να χωριστεί σε άμεση επαφή και έμμεση επαφή ανάλογα με τη μορφή επαφής μεταξύ του μονωτικού υγρού και της μπαταρίας. Η μορφή βύθισης του στοιχείου ή της μονάδας μπαταρίας στο υγρό για ανταλλαγή θερμότητας είναι η μορφή άμεσης επαφής. Επιπλέον, μπορεί να ρυθμιστεί ένα κανάλι ψύξης μεταξύ των μονάδων μπαταρίας ή μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια πλάκα ψύξης στο κάτω μέρος της μπαταρίας. Η θερμότητα της μπαταρίας ισχύος μεταφέρεται στο ψυκτικό μέσω της πλάκας ψύξης. Αυτή η υγρή μορφή ψύξης είναι έμμεση επαφή. Αυτές οι δύο μορφές έχουν υψηλές απαιτήσεις για την αεροστεγανότητα του συστήματος υγρής ψύξης. Επιπλέον, οι απαιτήσεις μηχανικής αντοχής είναι υψηλές και η αντοχή στους κραδασμούς και οι απαιτήσεις ζωής του συστήματος ψύξης πρέπει να είναι εγγυημένες.
Το σύστημα υγρής ψύξης του ηλεκτρικού οχήματος αποτελείται κυρίως από ψυκτικό υγρό, πλάκα ψύξης, ηλεκτρονική αντλία νερού, αισθητήρα θερμοκρασίας, ψυγείο κ.λπ. Ο συμπιεστής, ως πηγή ισχύος ψύξης, καθορίζει την ικανότητα ανταλλαγής θερμότητας ολόκληρου του συστήματος. Το ψυκτικό συγκρότημα (συσκευή ψύξης) παίζει το ρόλο της ανταλλαγής ψυκτικού και ψυκτικού μέσου και η ποσότητα της ανταλλαγής θερμότητας καθορίζει άμεσα τη θερμοκρασία του ψυκτικού. Η αντλία νερού καθορίζει τον ρυθμό ροής του ψυκτικού υγρού στον αγωγό. Όσο πιο γρήγορος είναι ο ρυθμός ροής, τόσο καλύτερη είναι η απόδοση ανταλλαγής θερμότητας και αντίστροφα.
2.3 Αλλαγή Φάσης Ψύξη Υλικού
Η τεχνολογία διασποράς θερμότητας υλικού αλλαγής φάσης (PCM) χρησιμοποιεί την αρχή ότι τα υλικά αλλαγής φάσης απορροφούν θερμότητα όταν υφίστανται αλλαγή φάσης. Το υλικό αλλαγής φάσης τοποθετείται γύρω από τη μπαταρία και φτάνει στη θερμοκρασία αλλαγής φάσης υπό ορισμένες συνθήκες. Το υλικό αλλαγής φάσης υφίσταται αλλαγή φάσης και απορροφά τη θερμότητα που παράγεται όταν λειτουργεί η μπαταρία, αποφεύγοντας έτσι αποτελεσματικά τη διαδικασία υπερθέρμανσης της μονάδας μπαταρίας. Επειδή η διαδικασία αλλαγής φάσης είναι μια διαδικασία σταθερής θερμοκρασίας, η θερμοκρασία της μπαταρίας μπορεί να διατηρηθεί καλά κοντά στη θερμοκρασία αλλαγής φάσης του υλικού αλλαγής φάσης, καταστέλλοντας έτσι τη θερμοκρασία της μπαταρίας από το να συνεχίσει να αυξάνεται. Ωστόσο, η χρήση ψύξης υλικού αλλαγής φάσης απαιτεί προσοχή σε θέματα στεγανοποίησης και θα αυξήσει τον όγκο της μπαταρίας και θα μειώσει την πυκνότητα ενέργειας. Επιπλέον, η λειτουργία διατήρησης θερμότητας μπορεί να διατηρηθεί μόνο εντός περιορισμένου χρόνου στάθμευσης. Η μακροχρόνια προθέρμανση της μπαταρίας εξακολουθεί να εξαρτάται από την ενσωματωμένη πηγή θερμότητας και η διατήρηση της θερμότητας απαιτεί γενικά χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα, η οποία μπορεί να προκαλέσει προβλήματα με την άνιση κατανομή της θερμοκρασίας.
2.4 Ψύξη σωλήνων θερμότητας
Η ψύξη του σωλήνα θερμότητας είναι να διαιρεθεί ο σωλήνας θερμότητας σε τμήμα εξάτμισης, τμήμα μεταφοράς θερμότητας και τμήμα συμπύκνωσης. Η κύρια αρχή της απαγωγής θερμότητας είναι η αφαίρεση της θερμότητας στη μπαταρία μέσω του τμήματος εξάτμισης του σωλήνα θερμότητας που απορροφά τη θερμότητα. Η θερμότητα στο τμήμα εξάτμισης μεταφέρεται στο τμήμα συμπύκνωσης μέσω του μεσαίου τμήματος του σωλήνα θερμότητας λόγω της διαφοράς πίεσης που σχηματίζεται, επιτυγχάνοντας έτσι αποτελεσματική θερμική διαχείριση της μπαταρίας. Όσον αφορά την έρευνα για την ψύξη σωλήνων θερμότητας, συγκρίθηκαν τα αποτελέσματα ψύξης τριών μεθόδων ψύξης των μπαταριών ισχύος, δηλαδή της ψύξης του αέρα, του υγρού και της ψύξης σωλήνων θερμότητας. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ψύξη σωλήνων θερμότητας έχει το καλύτερο αποτέλεσμα ψύξης στα πακέτα μπαταριών.
