مسیر ارتقاء فناوری مدیریت حرارتی خودروهای انرژی نو

مدیریت حرارتی باتری

در طول فرآیند کار باتری، دما تأثیر زیادی بر عملکرد آن دارد. اگر دما خیلی پایین باشد، ممکن است باعث کاهش شدید ظرفیت و توان باتری و حتی اتصال کوتاه باتری شود. اهمیت مدیریت حرارتی باتری به طور فزاینده‌ای برجسته می‌شود زیرا دما خیلی بالا است که ممکن است باعث تجزیه، خوردگی، آتش گرفتن یا حتی انفجار باتری شود. دمای عملیاتی باتری عامل کلیدی در تعیین عملکرد، ایمنی و عمر باتری است. از نقطه نظر عملکرد، دمای خیلی پایین منجر به کاهش فعالیت باتری می‌شود و در نتیجه عملکرد شارژ و دشارژ و کاهش شدید ظرفیت باتری را به همراه دارد. این مقایسه نشان داد که وقتی دما به 10 درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد، ظرفیت دشارژ باتری 93٪ از دمای معمولی است. با این حال، وقتی دما به -20 درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد، ظرفیت دشارژ باتری تنها 43٪ از دمای معمولی است.

تحقیقات لی جونکیو و دیگران نشان می‌دهد که از نظر ایمنی، اگر دما خیلی بالا باشد، واکنش‌های جانبی باتری تسریع می‌شود. وقتی دما نزدیک به ۶۰ درجه سانتیگراد باشد، مواد داخلی/ماده فعال باتری تجزیه می‌شوند و سپس "فرار حرارتی" رخ می‌دهد که باعث افزایش ناگهانی دما، حتی تا ۴۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد، و سپس منجر به آتش‌سوزی و انفجار می‌شود. اگر دما خیلی پایین باشد، سرعت شارژ باتری باید با سرعت شارژ پایین‌تری حفظ شود، در غیر این صورت باعث تجزیه لیتیوم باتری و ایجاد اتصال کوتاه داخلی و آتش‌سوزی می‌شود.

از منظر عمر باتری، تأثیر دما بر عمر باتری را نمی‌توان نادیده گرفت. رسوب لیتیوم در باتری‌هایی که مستعد شارژ در دمای پایین هستند، باعث می‌شود عمر چرخه‌ای باتری به سرعت تا ده‌ها برابر کاهش یابد و دمای بالا نیز تأثیر زیادی بر عمر تقویمی و عمر چرخه‌ای باتری خواهد داشت. این تحقیق نشان داد که وقتی دما ۲۳ درجه سانتیگراد است، عمر تقویمی باتری با ۸۰٪ ظرفیت باقی‌مانده حدود ۶۲۳۸ روز است، اما وقتی دما به ۳۵ درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد، عمر تقویمی حدود ۱۷۹۰ روز است و وقتی دما به ۵۵ درجه سانتیگراد می‌رسد، عمر تقویمی حدود ۶۲۳۸ روز است. فقط ۲۷۲ روز.

در حال حاضر، به دلیل محدودیت‌های هزینه و فنی، مدیریت حرارتی باتری (بی تی ام اس) در استفاده از محیط رسانا یکپارچه نیست و می‌توان آن را به سه مسیر فنی اصلی تقسیم کرد: خنک‌کننده با هوا (فعال و غیرفعال)، خنک‌کننده مایع و مواد تغییر فاز (PCM). خنک‌کننده با هوا نسبتاً ساده است، خطر نشتی ندارد و اقتصادی است. برای توسعه اولیه باتری‌های LFP و میدان‌های کوچک خودرو مناسب است. تأثیر خنک‌کننده مایع بهتر از خنک‌کننده هوا است و هزینه آن افزایش می‌یابد. در مقایسه با هوا، محیط خنک‌کننده مایع دارای ویژگی‌های ظرفیت گرمایی ویژه بالا و ضریب انتقال حرارت بالا است که به طور مؤثر نقص فنی راندمان پایین خنک‌کننده هوا را جبران می‌کند. این طرح بهینه‌سازی اصلی خودروهای سواری در حال حاضر است. ژانگ فوبین در تحقیقات خود خاطرنشان کرد که مزیت خنک‌کننده مایع، اتلاف سریع گرما است که می‌تواند دمای یکنواخت بسته باتری را تضمین کند و برای بسته‌های باتری با تولید گرمای زیاد مناسب است. معایب آن هزینه بالا، الزامات بسته‌بندی دقیق، خطر نشت مایع و ساختار پیچیده است. مواد تغییر فاز هم از نظر راندمان تبادل گرما و هم از نظر هزینه و هم از نظر هزینه‌های نگهداری کم، مزایایی دارند. فناوری فعلی هنوز در مرحله آزمایشگاهی است. فناوری مدیریت حرارتی مواد تغییر فاز دهنده هنوز به طور کامل بالغ نشده است و این پتانسیل‌ترین جهت توسعه مدیریت حرارتی باتری در آینده است.

به طور کلی، خنک‌کننده مایع مسیر اصلی فناوری فعلی است، که عمدتاً به دلایل زیر است:

(1) از یک طرف، باتری‌های سه‌تایی با نیکل بالا که در حال حاضر در بازار رایج هستند، پایداری حرارتی بدتری نسبت به باتری‌های لیتیوم آهن فسفات، دمای فرار حرارتی پایین‌تر (دمای تجزیه، 750 درجه سانتیگراد برای لیتیوم آهن فسفات، 300 درجه سانتیگراد برای باتری‌های لیتیوم سه‌تایی) و تولید گرمای بیشتری دارند. از طرف دیگر، فناوری‌های جدید کاربرد لیتیوم آهن فسفات مانند باتری تیغه‌ای BYD و CTP دوران Ningde، ماژول‌ها را حذف می‌کنند، استفاده از فضا و چگالی انرژی را بهبود می‌بخشند و مدیریت حرارتی باتری را از فناوری خنک‌کننده هوا به فناوری خنک‌کننده مایع ارتقا می‌دهند.

(2) تحت تأثیر دستورالعمل کاهش یارانه‌ها و نگرانی مصرف‌کنندگان در مورد برد مسافتی، برد مسافتی خودروهای برقی همچنان در حال افزایش است و الزامات مربوط به چگالی انرژی باتری بیشتر و بیشتر می‌شود. تقاضا برای فناوری خنک‌کننده مایع با راندمان انتقال حرارت بالاتر افزایش یافته است.

(3) مدل‌ها در جهت مدل‌های میان‌رده تا بالارده، با بودجه‌ی کافی، تمرکز بر راحتی، تحمل خطای کم قطعات و عملکرد بالا، در حال توسعه هستند و راهکار خنک‌کننده‌ی مایع بیشتر با الزامات مطابقت دارد.

صرف نظر از اینکه خودرو سنتی باشد یا یک وسیله نقلیه با انرژی جدید، تقاضای مصرف‌کنندگان برای راحتی بیشتر و بیشتر می‌شود و فناوری مدیریت حرارتی کابین خلبان اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده است. از نظر روش‌های تبرید، به جای کمپرسورهای معمولی برای تبرید، از کمپرسورهای برقی استفاده می‌شود و باتری‌ها معمولاً به سیستم‌های خنک‌کننده تهویه مطبوع متصل می‌شوند. خودروهای سنتی عمدتاً از نوع صفحه ضربه‌ای (swash plate) استفاده می‌کنند، در حالی که خودروهای انرژی جدید عمدتاً از نوع گردابی (vortex) استفاده می‌کنند. این روش دارای راندمان بالا، وزن سبک، سر و صدای کم و سازگاری بسیار خوبی با انرژی محرک الکتریکی است. علاوه بر این، ساختار ساده، عملکرد پایدار و راندمان حجمی 60٪ بیشتر از نوع صفحه ضربه‌ای (swash plate) است. %about. از نظر روش گرمایش، گرمایش PTC (بخاری هوای PTC/بخاری خنک کننده PTC) مورد نیاز است، و وسایل نقلیه الکتریکی فاقد منابع حرارتی بدون هزینه (مانند مایع خنک کننده موتور احتراق داخلی) هستند.