تحلیل سیستم مدیریت حرارتی سه واسطه اصلی انتقال حرارت باتری قدرت

یکی از فناوری‌های کلیدی خودروهای انرژی نو، باتری‌های برق هستند. کیفیت باتری‌ها از یک سو هزینه خودروهای برقی و از سوی دیگر برد مسافتی خودروهای برقی را تعیین می‌کند. این عامل کلیدی برای پذیرش و پذیرش سریع است.

با توجه به ویژگی‌های استفاده، الزامات و زمینه‌های کاربرد باتری‌های قدرت، انواع تحقیق و توسعه باتری‌های قدرت در داخل و خارج از کشور تقریباً عبارتند از: باتری‌های سرب-اسید، باتری‌های نیکل-کادمیوم، باتری‌های نیکل-هیدرید فلز، باتری‌های لیتیوم-یون، پیل‌های سوختی و غیره، که در میان آنها توسعه باتری‌های لیتیوم-یون بیشترین توجه را به خود جلب می‌کند.

رفتار تولید گرمای باتری برق

منبع گرما، نرخ تولید گرما، ظرفیت گرمایی باتری و سایر پارامترهای مرتبط با ماژول باتری قدرت، ارتباط نزدیکی با ماهیت باتری دارند. گرمای آزاد شده توسط باتری به ماهیت و ویژگی‌های شیمیایی، مکانیکی و الکتریکی باتری، به ویژه ماهیت واکنش الکتروشیمیایی بستگی دارد. انرژی گرمایی تولید شده در واکنش باتری را می‌توان با گرمای واکنش باتری Qr بیان کرد. قطبش الکتروشیمیایی باعث می‌شود ولتاژ واقعی باتری از نیروی الکتروموتور تعادلی آن منحرف شود و اتلاف انرژی ناشی از قطبش باتری با Qp بیان می‌شود. علاوه بر واکنش باتری که طبق معادله واکنش پیش می‌رود، برخی واکنش‌های جانبی نیز وجود دارد. واکنش‌های جانبی معمول شامل تجزیه الکترولیت و خود تخلیه باتری است. گرمای واکنش جانبی تولید شده در این فرآیند Qs است. علاوه بر این، از آنجا که هر باتری به ناچار مقاومت خواهد داشت، گرمای ژول Qj هنگام عبور جریان تولید می‌شود. بنابراین، گرمای کل یک باتری مجموع گرمای جنبه‌های زیر است: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.

بسته به فرآیند شارژ (دشارژ) خاص، عوامل اصلی که باعث تولید گرما در باتری می‌شوند نیز متفاوت هستند. به عنوان مثال، هنگامی که باتری به طور معمول شارژ می‌شود، Qr عامل غالب است؛ و در مرحله بعدی شارژ باتری، به دلیل تجزیه الکترولیت، واکنش‌های جانبی شروع به رخ دادن می‌کنند (گرمای واکنش جانبی Qs است)، زمانی که باتری تقریباً به طور کامل شارژ شده و بیش از حد شارژ می‌شود. آنچه عمدتاً اتفاق می‌افتد تجزیه الکترولیت است، جایی که Qs غالب است. گرمای ژول Qj به جریان و مقاومت بستگی دارد. روش شارژ رایج تحت جریان ثابت انجام می‌شود و Qj در این زمان یک مقدار خاص است. با این حال، در طول راه‌اندازی و شتاب، جریان نسبتاً زیاد است. برای HEV، این معادل جریان ده‌ها آمپر تا صدها آمپر است. در این زمان، گرمای ژول Qj بسیار زیاد است و به منبع اصلی آزادسازی گرمای باتری تبدیل می‌شود.

از منظر قابلیت کنترل مدیریت حرارتی، سیستم‌های مدیریت حرارتی (اچ‌وی اچ) را می‌توان به دو نوع فعال و غیرفعال تقسیم کرد. از منظر واسطه انتقال حرارت، سیستم‌های مدیریت حرارتی را می‌توان به موارد زیر تقسیم کرد: خنک‌شونده با هوا(بخاری هوای PTC)، خنک شونده با مایع(بخاری خنک کننده PTC) و ذخیره‌سازی حرارتی تغییر فاز.