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 را میتوان به دو نوع فعال و غیرفعال تقسیم کرد. از منظر واسطه انتقال حرارت، سیستمهای مدیریت حرارتی را میتوان به: خنکشونده با هوا، خنکشونده با مایع و ذخیرهسازی حرارتی تغییر فاز تقسیم کرد.
مدیریت حرارتی با هوا به عنوان واسطه انتقال حرارت
واسطه انتقال حرارت تأثیر قابل توجهی بر عملکرد و هزینه سیستم مدیریت حرارتی دارد. استفاده از هوا به عنوان واسطه انتقال حرارت، به منظور ورود مستقیم هوا به داخل ماژول باتری و جریان یافتن آن از طریق آن و دستیابی به هدف اتلاف حرارت است. به طور کلی، فنها، تهویه ورودی و خروجی و سایر اجزا مورد نیاز هستند.
با توجه به منابع مختلف ورودی هوا، به طور کلی اشکال زیر وجود دارد:
۱- خنکسازی غیرفعال با تهویه هوای بیرون
۲. سرمایش/گرمایش غیرفعال برای تهویه هوای محفظه مسافر
۳. سرمایش/گرمایش فعال هوای بیرون یا محفظه سرنشین
ساختار سیستم غیرفعال نسبتاً ساده است و مستقیماً از محیط موجود استفاده میکند. به عنوان مثال، اگر باتری در زمستان نیاز به گرم شدن داشته باشد، میتوان از محیط گرم داخل کابین برای استنشاق هوا استفاده کرد. اگر دمای باتری در حین رانندگی خیلی بالا باشد و اثر خنککنندگی هوای داخل کابین خوب نباشد، میتوان هوای سرد بیرون را برای خنک شدن استنشاق کرد.
برای سیستم فعال، باید یک سیستم جداگانه ایجاد شود تا عملکردهای گرمایش یا سرمایش را فراهم کند و به طور مستقل با توجه به وضعیت باتری کنترل شود، که این امر نیز مصرف انرژی و هزینه خودرو را افزایش میدهد. انتخاب سیستمهای مختلف عمدتاً به الزامات استفاده از باتری بستگی دارد.
مدیریت حرارتی با مایع به عنوان واسطه انتقال حرارت
برای انتقال حرارت با مایع به عنوان واسطه، لازم است یک ارتباط انتقال حرارت بین ماژول و واسطه مایع، مانند یک ژاکت آب، برقرار شود تا گرمایش و سرمایش غیرمستقیم به صورت همرفت و رسانش گرما انجام شود. واسطه انتقال حرارت میتواند آب، اتیلن گلیکول یا حتی مبرد باشد. همچنین انتقال حرارت مستقیم با غوطهور کردن قطعه قطب در مایع دیالکتریک وجود دارد، اما برای جلوگیری از اتصال کوتاه باید اقدامات عایقبندی انجام شود.
خنککننده مایع غیرفعال عموماً از تبادل حرارت مایع-هوای محیط استفاده میکند و سپس پیلههایی را برای تبادل حرارت ثانویه به باتری وارد میکند، در حالی که خنککننده فعال از مبدلهای حرارتی محیط مایع-خنککننده موتور یا گرمایش الکتریکی/گرمایش روغن حرارتی برای دستیابی به خنککننده اولیه استفاده میکند. گرمایش، خنککننده اولیه با هوای کابین مسافر/مبرد-محیط مایع تهویه مطبوع.
سیستم مدیریت حرارتی با هوا و مایع به عنوان واسطه، نیازمند فن، پمپ آب، مبدل حرارتی، بخاری (بخاری هوای PTC) ، خطوط لوله و سایر لوازم جانبی باعث میشوند که ساختار بیش از حد بزرگ و پیچیده شود و همچنین انرژی باتری را مصرف کند، چگالی توان و چگالی انرژی آرایه باتری کاهش مییابد.
(خنک کننده PTCبخاریسیستم خنککننده باتری با آب، از مایع خنککننده (50% آب/50% اتیلن گلیکول) برای انتقال گرما از باتری به سیستم مبرد تهویه مطبوع از طریق خنککننده باتری و سپس به محیط از طریق کندانسور استفاده میکند. دمای آب ورودی پس از تبادل حرارت توسط خنککننده باتری به راحتی به دمای پایینتری میرسد و باتری را میتوان برای کار در بهترین محدوده دمای کاری تنظیم کرد؛ اصول سیستم در شکل نشان داده شده است. اجزای اصلی سیستم مبرد عبارتند از: کندانسور، کمپرسور برقی، اواپراتور، شیر انبساط با شیر قطع کن، خنککننده باتری (شیر انبساط با شیر قطع کن) و لولههای تهویه مطبوع و غیره. مدار آب خنککننده شامل موارد زیر است:پمپ آب برقی، باتری (شامل صفحات خنککننده)، خنککنندههای باتری، لولههای آب، مخازن انبساط و سایر لوازم جانبی.
زمان ارسال: ۱۳ ژوئیه ۲۰۲۳
