تجزیه و تحلیل سیستم مدیریت حرارتی محیط انتقال حرارت باتری نیرو

یکی از فناوری های کلیدی وسایل نقلیه با انرژی جدید، باتری های نیرو است.کیفیت باتری ها از یک سو هزینه خودروهای برقی و از سوی دیگر محدوده رانندگی خودروهای برقی را تعیین می کند.عامل کلیدی برای پذیرش و پذیرش سریع.

با توجه به ویژگی‌های استفاده، نیازمندی‌ها 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 هیدرید نیکل فلزی، باتری‌های لیتیوم یون، سلول های سوختی و غیره که در میان آنها توسعه باتری های لیتیوم یون بیشترین توجه را به خود جلب می کند.

رفتار تولید گرمای باتری برق

منبع گرما، نرخ تولید گرما، ظرفیت گرمای باتری و سایر پارامترهای مرتبط ماژول باتری قدرت ارتباط نزدیکی با ماهیت باتری دارد.گرمای آزاد شده توسط باتری به ماهیت شیمیایی، مکانیکی و الکتریکی و خصوصیات باتری به ویژه ماهیت واکنش الکتروشیمیایی بستگی دارد.انرژی گرمایی تولید شده در واکنش باتری را می توان با گرمای واکنش باتری Qr بیان کرد.پلاریزاسیون الکتروشیمیایی باعث انحراف ولتاژ واقعی باتری از نیروی حرکتی تعادلی آن می شود و اتلاف انرژی ناشی از قطبش باتری با Qp بیان می شود.علاوه بر این که واکنش باتری مطابق با معادله واکنش انجام می شود، برخی از واکنش های جانبی نیز وجود دارد.واکنش های جانبی معمولی 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، حرارت ژول Qj با عبور جریان تولید می شود.بنابراین، گرمای کل یک باتری مجموع گرمای جنبه های زیر است: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.

بسته به فرآیند شارژ (دشارژ) خاص، عوامل اصلی که باعث تولید گرما توسط باتری می شود نیز متفاوت است.به عنوان مثال، زمانی که باتری به طور معمول شارژ می شود، Qr عامل غالب است.و در مرحله بعدی شارژ باتری، به دلیل تجزیه الکترولیت، واکنش های جانبی شروع می شود (گرمای واکنش جانبی Qs است)، زمانی که باتری تقریباً به طور کامل شارژ شده و بیش از حد شارژ می شود، آنچه عمدتاً اتفاق می افتد تجزیه الکترولیت است که در آن Qs غالب است. .گرمای ژول Qj به جریان و مقاومت بستگی دارد.روش شارژ متداول مورد استفاده تحت جریان ثابت انجام می شود و Qj در این زمان یک مقدار خاص است.با این حال، در هنگام راه اندازی و شتاب، جریان نسبتاً زیاد است.برای HEV، این معادل جریانی از ده ها آمپر تا صدها آمپر است.در این زمان، ژول حرارت Qj بسیار بزرگ است و منبع اصلی انتشار گرمای باتری می شود.

از منظر کنترل پذیری مدیریت حرارتی، سیستم های مدیریت حرارتی را می توان به دو نوع فعال و غیرفعال تقسیم کرد.از دیدگاه محیط انتقال حرارت، سیستم های مدیریت حرارتی را می توان به دو دسته تقسیم کرد: ذخیره سازی حرارتی با هوا خنک، مایع خنک کننده و ذخیره سازی با تغییر فاز.

مدیریت حرارتی با هوا به عنوان وسیله انتقال حرارت

محیط انتقال حرارت تاثیر قابل توجهی بر عملکرد و هزینه سیستم مدیریت حرارتی دارد.استفاده از هوا به عنوان واسطه انتقال حرارت، معرفی مستقیم هوا به طوری است که از طریق ماژول باتری برای رسیدن به هدف اتلاف گرما جریان یابد.به طور کلی، فن، تهویه ورودی و خروجی و سایر اجزا مورد نیاز است.
با توجه به منابع مختلف ورودی هوا، به طور کلی اشکال زیر وجود دارد:
1 خنک کننده غیرفعال با تهویه هوای بیرون
2. سرمایش/گرمایش غیرفعال برای تهویه هوای محفظه مسافر
3. سرمایش/گرمایش فعال هوای بیرون یا محفظه مسافر
ساختار سیستم غیرفعال نسبتا ساده است و مستقیماً از محیط موجود استفاده می کند.به عنوان مثال، اگر باتری در زمستان نیاز به گرم کردن داشته باشد، می توان از محیط گرم در محفظه مسافر برای استنشاق هوا استفاده کرد.اگر دمای باتری در حین رانندگی بیش از حد بالا باشد و اثر خنک کنندگی هوای محفظه سرنشین خوب نباشد، می توان هوای سرد بیرون را استنشاق کرد تا خنک شود.

برای سیستم فعال، یک سیستم جداگانه باید ایجاد شود تا عملکردهای گرمایش یا سرمایش را ارائه دهد و به طور مستقل با توجه به وضعیت باتری کنترل شود، که مصرف انرژی و هزینه خودرو را نیز افزایش می دهد.انتخاب سیستم های مختلف عمدتاً به نیازهای استفاده از باتری بستگی دارد.

مدیریت حرارتی با مایع به عنوان واسطه انتقال حرارت

برای انتقال حرارت با مایع به عنوان واسطه، لازم است که یک ارتباط انتقال حرارت بین ماژول و محیط مایع، مانند یک ژاکت آب، برقرار شود تا گرمایش و سرمایش غیرمستقیم را به صورت همرفت و هدایت گرما انجام دهد.محیط انتقال حرارت می تواند آب، اتیلن گلیکول یا حتی مبرد باشد.همچنین انتقال حرارت مستقیم با فرو بردن قطعه قطب در مایع دی الکتریک وجود دارد، اما برای جلوگیری از اتصال کوتاه باید اقدامات عایق انجام شود.

خنک‌کننده مایع غیرفعال معمولاً از تبادل حرارتی هوای محیط مایع استفاده می‌کند و سپس پیله‌ها را برای تبادل حرارت ثانویه وارد باتری می‌کند، در حالی که خنک‌کننده فعال از مبدل‌های حرارتی متوسط ​​مایع خنک‌کننده موتور یا گرمایش الکتریکی/روغن حرارتی برای رسیدن به خنک‌کننده اولیه استفاده می‌کند.گرمایش، سرمایش اولیه با تهویه مطبوع کابین سرنشین / تهویه مطبوع مایع مبرد-مایع.
سیستم مدیریت حرارتی با هوا و مایع به عنوان رسانه نیاز به فن، پمپ آب، مبدل حرارتی، بخاری (بخاری هوا PTCخطوط لوله و سایر لوازم جانبی برای ساخت سازه بیش از حد بزرگ و پیچیده، و همچنین انرژی باتری را مصرف می کند، آرایه چگالی توان و چگالی انرژی باتری کاهش می یابد.
(خنک کننده PTCبخاری) سیستم خنک کننده باتری با آب خنک کننده از خنک کننده (50٪ آب / 50٪ اتیلن گلیکول) برای انتقال گرما از باتری به سیستم مبرد تهویه مطبوع از طریق خنک کننده باتری و سپس از طریق کندانسور به محیط استفاده می کند.دمای آب وارداتی پس از تبادل گرما توسط کولر باتری به راحتی به دمای پایین تری می رسد و باتری را می توان تنظیم کرد تا در بهترین محدوده دمای کاری کار کند.اصل سیستم در شکل نشان داده شده است.اجزای اصلی سیستم مبرد عبارتند از: کندانسور، کمپرسور الکتریکی، اواپراتور، شیر انبساط با شیر توقف، خنک کننده باتری (شیر انبساط با شیر توقف) و لوله های تهویه مطبوع و ....مدار آب خنک کننده شامل:پمپ آب برقی، باتری (شامل صفحات خنک کننده)، کولرهای باتری، لوله های آب، مخازن انبساط و سایر لوازم جانبی.