اهمیت باتریهای قدرت به عنوان منبع اصلی انرژی برای وسایل نقلیه با انرژی نو، بدیهی است. در استفاده واقعی از وسایل نقلیه، باتری با شرایط عملیاتی پیچیده و متنوعی روبرو خواهد شد. برای بهبود برد رانندگی، وسایل نقلیه باید تا حد امکان سلولهای باتری را در یک فضای مشخص قرار دهند، بنابراین فضای بسته باتری روی وسیله نقلیه بسیار محدود است. باتریها در حین کار وسیله نقلیه مقدار زیادی گرما تولید میکنند و به مرور زمان در فضاهای نسبتاً کوچک جمع میشوند. به دلیل انباشتگی متراکم سلولهای باتری در داخل بسته باتری، دفع گرما در ناحیه میانی نیز نسبتاً دشوار است و ناهماهنگی دما بین سلولها را تشدید میکند. در نتیجه، راندمان شارژ و دشارژ باتری را کاهش داده و بر قدرت آن تأثیر میگذارد. در موارد شدید، میتواند منجر به فرار حرارتی نیز شود که بر ایمنی و طول عمر سیستم تأثیر میگذارد.
دمای باتریهای برق تأثیر قابل توجهی بر عملکرد، طول عمر و ایمنی آنها دارد. در دماهای پایین، باتریهای لیتیوم-یونی ممکن است افزایش مقاومت داخلی و کاهش ظرفیت را تجربه کنند. در موارد شدید، این میتواند منجر به انجماد الکترولیت و عدم توانایی باتری در تخلیه شود. عملکرد سیستم باتری در دمای پایین به شدت تحت تأثیر قرار میگیرد و منجر به کاهش عملکرد خروجی برق و کاهش برد رانندگی خودروهای الکتریکی میشود. هنگام شارژ خودروهای انرژی نو در شرایط دمای پایین، BMS معمولاً قبل از شارژ، باتری را تا دمای مناسبی گرم میکند. اگر به درستی مدیریت نشود، میتواند باعث شارژ بیش از حد ولتاژ آنی شود که منجر به اتصال کوتاه داخلی میشود و ممکن است منجر به سیگار کشیدن، آتشسوزی و حتی انفجار شود. مسائل ایمنی شارژ در دمای پایین در سیستمهای باتری خودروهای الکتریکی، تبلیغ خودروهای الکتریکی در مناطق سردسیر را تا حد زیادی محدود کرده است.
مدیریت حرارتی باترییکی از عملکردهای مهم در BMS است، عمدتاً برای اطمینان از اینکه باتری همیشه میتواند در محدوده دمایی مناسب کار کند و در نتیجه وضعیت کاری بهینه باتری را حفظ کند.مدیریت حرارتی باتریهاعمدتاً شامل عملکردهایی مانند خنکسازی، گرمایش و متعادلسازی دما میشود. عملکردهای خنکسازی و گرمایش عمدتاً با توجه به تأثیر احتمالی دمای محیط خارجی بر باتری تنظیم میشوند. تعادل دما برای کاهش اختلاف دما در داخل بسته باتری و جلوگیری از پوسیدگی سریع ناشی از گرمای بیش از حد قسمت خاصی از باتری استفاده میشود.
به طور کلی، حالتهای خنککننده باتریهای برق عمدتاً به سه دسته تقسیم میشوند: خنککننده با هوا، خنککننده با مایع و خنککننده مستقیم. حالت خنککننده با هوا از باد طبیعی یا هوای خنککننده محفظه مسافر برای عبور از سطح باتری برای تبادل گرما و خنکسازی استفاده میکند. خنککننده با مایع معمولاً از خطوط لوله خنککننده مستقل برای گرم کردن یا خنک کردن باتریهای برق استفاده میکند. در حال حاضر، این روش، همانطور که توسط تسلا و ولت استفاده میشود، روش اصلی خنککننده است. سیستم خنککننده مستقیم، خط لوله خنککننده باتری برق را حذف میکند و مستقیماً از مبرد برای خنک کردن باتری برق استفاده میکند.
۱. سیستم خنککننده هوا:
باتریهای برق اولیه، به دلیل ظرفیت و چگالی انرژی کم، اغلب با خنکسازی با هوا خنک میشدند. خنکسازی با هوا به دو دسته تقسیم میشود: خنکسازی با هوای طبیعی و خنکسازی با هوای اجباری (با استفاده از فنها)، که از هوای طبیعی یا هوای سرد کابین برای خنکسازی باتری استفاده میکنند.
نمایندگان معمول سیستمهای خنککننده هوا شامل نیسان لیف، کیا سول EV و غیره هستند. در حال حاضر، باتریهای ۴۸ ولتی خودروهای میکرو هیبرید ۴۸ ولتی عموماً در محفظه مسافر قرار گرفته و با خنککننده هوا خنک میشوند. نمودار مسیر خنککننده هوا برای یک باتری قدرت خاص در شکل ۲ نشان داده شده است. ساختار سیستم خنککننده هوا نسبتاً ساده است، فناوری آن نسبتاً بالغ است و هزینه آن نسبتاً کم است. با این حال، به دلیل گرمای محدود منتقل شده توسط هوا، راندمان انتقال حرارت آن کم است و یکنواختی دمای داخلی باتری ضعیف است و دستیابی به کنترل دقیق دمای باتری را دشوار میکند. بنابراین، سیستمهای خنککننده هوا معمولاً برای موقعیتهایی با برد رانندگی کوتاه و وزن سبک خودرو مناسب هستند.
۲. سیستم خنککننده مایع
حالت خنککننده مایع به باتری اشاره دارد که از یک مایع خنککننده برای تبادل گرما استفاده میکند و نمودار شماتیک آن در شکل 3 نشان داده شده است. خنککننده به دو نوع تقسیم میشود: تماس مستقیم با سلولهای باتری (روغن سیلیکون، روغن کرچک و غیره) و تماس با سلولهای باتری از طریق کانالهای آب (آب و اتیلن گلیکول و غیره)؛ در حال حاضر، معمولاً از محلولهای مخلوط آب و اتیلن گلیکول استفاده میشود. سیستمهای خنککننده مایع معمولاً یک چیلر همراه با چرخه تبرید اضافه میکنند که گرما را از باتری از طریق مبرد میگیرد. اجزای اصلی آن کمپرسور، چیلر وپمپ آبکمپرسور، به عنوان منبع تغذیه برای تبرید، ظرفیت انتقال حرارت کل سیستم را تعیین میکند. چیلر در تبادل مبرد و خنککننده نقش دارد و میزان تبادل حرارت مستقیماً دمای خنککننده را تعیین میکند. پمپ آب، سرعت جریان خنککننده در خط لوله را تعیین میکند و هرچه سرعت جریان سریعتر باشد، عملکرد انتقال حرارت بهتر است و برعکس.
۳. سیستم خنککننده مستقیم:
سیستم خنککننده مستقیم از مبرد سیستم تهویه مطبوع برای خنک کردن مستقیم باتری استفاده میکند، همانطور که در شکل 11 نشان داده شده است. اواپراتور سیستم تهویه مطبوع مستقیماً در سیستم باتری نصب شده است و مبرد در اواپراتور تبخیر میشود تا گرمای تولید شده توسط سیستم باتری را مستقیماً حذف کند و در نتیجه فرآیند خنکسازی سریعتر و مؤثرتری را به دست آورد. در حال حاضر، مدلهای نسبتاً کمی وجود دارند که از خنککننده مستقیم استفاده میکنند و رایجترین آنها BMW i3 است. به دلیل عدم تبادل حرارت واسطهای بین مایعات، سیستم خنککننده دارای ساختار جمع و جور، راندمان خنکسازی بالاتر (3-4 برابر بیشتر از خنککننده مایع) و هزینه نسبتاً کمتری است. اما مشکل در این واقعیت نهفته است که به دلیل تبدیل گاز به مایع مبرد در خط لوله، کنترل کل سیستم نسبتاً پیچیده و یکنواختی دما ضعیف است. و الزامات بالایی برای مقاومت در برابر فشار بالا و آببندی سیستم دارد که خطر قابل توجهی را برای کاربرد آن در کل خودرو ایجاد میکند.
زمان ارسال: ۲۷ مارس ۲۰۲۶
