Κοινές Τεχνολογίες Θερμικής Διαχείρισης Μπαταριών
για Οχήματα Νέας Ενέργειας
Το σύστημα ψύξης των οχημάτων νέας ενέργειας αποτελείται γενικά από τρία μέρη: σύστημα κυκλοφορίας ψύξης μπαταρίας, σύστημα κυκλοφορίας ψύξης ηλεκτρονικά ελεγχόμενου κινητήρα και σύστημα κυκλοφορίας θερμού αέρα κλιματισμού. Διαφορετικές μέθοδοι θερμικής διαχείρισης μπαταριών περιλαμβάνουν διαφορετικούς αριθμούς εξαρτημάτων, δομές και διατάξεις. Διαφορετικοί τύποι συστημάτων θερμικής διαχείρισης επιλέγονται με βάση το κόστος ανάπτυξης του οχήματος, το βάρος του οχήματος και τις απαιτήσεις χώρου διάταξης. Οι κύριες τεχνικές διαδρομές του περιλαμβάνουν τους ακόλουθους πέντε τύπους.
1. Τύπος άμεσης ψύξης
Αναφερόμενο ως τεχνολογία άμεσης ψύξης μπαταρίας, το σύστημα άμεσης ψύξης έχει ενσωματωμένο εξατμιστή ψύξης μέσα στην μπαταρία και συνδέεται με το σύστημα κλιματισμού μέσω σωληνώσεων. Όταν η μπαταρία πρέπει να κρυώσει, χρησιμοποιείται ένας συμπιεστής για να στείλει το συμπιεσμένο ψυκτικό μέσα στον εξατμιστή μέσα στην μπαταρία και στη συνέχεια να αφαιρέσει την μπαταρία. Η εσωτερική θερμότητα επιτυγχάνει αποτέλεσμα ψύξης. Το σύστημα έχει τα πλεονεκτήματα της συμπαγούς δομής, του καλού αποτελέσματος ψύξης, του μικρού αριθμού εξαρτημάτων (απαιτείται μόνο μία είσοδος και ένας αγωγός ψύξης εξόδου) και μικρό βάρος. Ωστόσο, τα μειονεκτήματα αυτού του συστήματος είναι ότι δεν μπορεί να θερμάνει την μπαταρία σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας κάτω από το μηδέν, το συμπυκνωμένο νερό που παράγεται κατά τη διαδικασία ψύξης δεν προστατεύεται και η ομοιομορφία θερμοκρασίας του ψυκτικού μέσου είναι δύσκολο να ελεγχθεί. Το σύστημα ψύξης έχει μικρή διάρκεια ζωής και χαμηλή αξιοπιστία και συχνά εμφανίζεται διαρροή ψυκτικού. Διαρροή, ανεπαρκής ικανότητα ψύξης και άλλες βλάβες. Αυτή είναι η πιο πρόσφατη τεχνολογία ψύξης μπαταρίας με σχετικά χαμηλή ωριμότητα. Έχει εφαρμοστεί σε μοντέλα μαζικής παραγωγής όπως η BYD και η Tesla στην αγορά. Είναι μια σημαντική τεχνική διαδρομή στο μέλλον, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.
2. Τύπος ψύξης νερού καλοριφέρ
Το κύκλωμα ψύξης του ψυγείου είναι ένα ανεξάρτητο κύκλωμα, που αποτελείται από ένα ψυγείο, μια ηλεκτρονική αντλία νερού, έναν θερμαντήρα κ.λπ., με αντιψυκτικό ως μέσο. Το αντιψυκτικό βγαίνει από το καλοριφέρ, περνά από τη θερμάστρα, μετά στην μπαταρία και τέλος επιστρέφει στο ψυγείο. Αυτός ο κύκλος ψύχει και θερμαίνει την μπαταρία. Το σύστημα έχει τα πλεονεκτήματα της απλής δομής, του χαμηλού κόστους και της εξοικονόμησης ενέργειας σε περιβάλλον χαμηλών θερμοκρασιών όλο το χρόνο. Ωστόσο, η απόδοση απαγωγής θερμότητας αυτού του συστήματος είναι χαμηλή και η θερμοκρασία του νερού είναι υψηλή σε κλιματικά περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας το καλοκαίρι και δεν μπορεί να ικανοποιήσει τις συνθήκες λειτουργίας σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.
3. Τύπος ψύξης νερού απευθείας ψύξης
Αυτό το σύστημα ενσωματώνει άμεση ψύξη και ψύξη νερού και γεφυρώνει το σύστημα κλιματισμού και το σύστημα ψύξης νερού μέσω του ψύκτη ψύξης μπαταρίας (ονομάζεται επίσης εναλλάκτης θερμότητας). Αυτό το σύστημα αποφεύγει τις αδυναμίες των δύο πρώτων μεθόδων ψύξης και είναι σήμερα ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα συστήματα διαχείρισης θερμικής μπαταρίας. Το σύστημα έχει περισσότερα στοιχεία από τα δύο προηγούμενα. Το σύστημα είναι πιο περίπλοκο και απαιτεί σχετικά μεγάλο χώρο για τη διάταξη των εξαρτημάτων. Ο συμπιεστής έχει μεγάλο φορτίο κατά τη λειτουργία, το οποίο καταναλώνει πολλή ενέργεια για ολόκληρο το όχημα και είναι ελάχιστα οικονομικό. Επιπλέον, όταν τμήμα του συστήματος κλιματισμού αποτυγχάνει, οι ανάγκες ψύξης της μπαταρίας δεν μπορούν να καλυφθούν στο μέγιστο βαθμό, βλέπε Εικόνα 3.
4. Υδρόψυκτος υβριδικός τύπος
Αυτό το σύστημα βασίζεται στο σύστημα άμεσης ψύξης νερού ψύξης και προσθέτει ένα σύστημα ψύξης νερού καλοριφέρ. Τα δύο είναι διατεταγμένα σε παράλληλα κυκλώματα. Με τον έλεγχο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, χρησιμοποιούνται διαφορετικά κυκλώματα για την ψύξη της μπαταρίας υπό διαφορετικές συνθήκες. Σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας λειτουργεί μόνο το σύστημα ψύξης νερού του ψυγείου. Όταν βρίσκεστε σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας, μεταβείτε σε σύστημα άμεσης ψύξης με νερό ψύξης για να λειτουργήσει. Κάτω από δύσκολες συνθήκες εργασίας, τα δύο συστήματα μπορούν να λειτουργούν ταυτόχρονα και η μπαταρία μπορεί επίσης να αποκτήσει μέγιστη χωρητικότητα ψύξης, η οποία μπορεί βασικά να καλύψει όλα τα περιβάλλοντα χρήσης. Αυτό το σύστημα ψύξης είναι εξαιρετικά περίπλοκο, έχει υψηλό κόστος, απαιτεί μεγάλο χώρο διάταξης οχήματος, έχει πολύπλοκες στρατηγικές ελέγχου του συστήματος και αποτελεί πρόκληση για τη σταθερότητα και την αξιοπιστία. Αυτό το σύστημα χρησιμοποιείται επίσης στα περισσότερα υβριδικά μοντέλα PHEV στην αγορά και διαθέτει ώριμη τεχνολογία, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4.
5. Τύπος ψύξης αέρα
Αυτό το σύστημα οδηγεί απευθείας τον κρύο αέρα από την ψύξη του θαλάμου επιβατών στην μπαταρία μέσω του αγωγού και χρησιμοποιεί τον κρύο αέρα για την ψύξη της μπαταρίας. Τα πλεονεκτήματα αυτού του συστήματος είναι η απλή δομή, η ελεγχόμενη θερμοκρασία κρύου αέρα και το χαμηλό κόστος του συστήματος. Ωστόσο, έχει και τα μειονεκτήματα του συστήματος άμεσης ψύξης. Το σύστημα δεν έχει λειτουργία θέρμανσης και το συμπυκνωμένο νερό που παράγεται στην επιφάνεια της μπαταρίας δεν στεγνώνει εύκολα και υπάρχει κίνδυνος διάβρωσης και μόλυνσης στο εσωτερικό της μπαταρίας. Αυτός ο τύπος μεθόδου θερμικής διαχείρισης γενικά δεν συνιστάται, βλέπε Εικόνα 5.
