۱. ویژگیهای باتریهای لیتیومی برای وسایل نقلیه با انرژی جدید
باتریهای لیتیومی عمدتاً از مزایای نرخ خوددشارژ پایین، چگالی انرژی بالا، زمان چرخه بالا و راندمان عملیاتی بالا در حین استفاده برخوردارند. استفاده از باتریهای لیتیومی به عنوان وسیله اصلی تأمین انرژی برای انرژیهای نو معادل به دست آوردن یک منبع تغذیه خوب است. بنابراین، در ترکیب اجزای اصلی خودروهای انرژی نو، بسته باتری لیتیومی مربوط به سلول باتری لیتیومی به مهمترین جزء اصلی آن و بخش اصلی تأمین کننده نیرو تبدیل شده است. در طول فرآیند کار باتریهای لیتیومی، الزامات خاصی برای محیط اطراف وجود دارد. طبق نتایج تجربی، دمای کار بهینه در دمای 20 تا 40 درجه سانتیگراد نگه داشته میشود. هنگامی که دمای اطراف باتری از حد مشخص شده فراتر رود، عملکرد باتری لیتیومی به شدت کاهش مییابد و عمر مفید آن به شدت کاهش مییابد. از آنجا که دمای اطراف باتری لیتیومی خیلی پایین است، ظرفیت تخلیه نهایی و ولتاژ تخلیه از استاندارد از پیش تعیین شده منحرف میشوند و افت شدیدی رخ خواهد داد.
اگر دمای محیط خیلی بالا باشد، احتمال فرار حرارتی باتری لیتیومی به شدت افزایش مییابد و گرمای داخلی در یک مکان خاص جمع میشود و باعث مشکلات جدی تجمع گرما میشود. اگر این بخش از گرما نتواند به طور روان خارج شود، همراه با افزایش زمان کار باتری لیتیومی، باتری مستعد انفجار است. این خطر ایمنی تهدید بزرگی برای ایمنی شخصی است، بنابراین باتریهای لیتیومی باید برای بهبود عملکرد ایمنی تجهیزات کلی هنگام کار، به دستگاههای خنککننده الکترومغناطیسی متکی باشند. مشاهده میشود که وقتی محققان دمای باتریهای لیتیومی را کنترل میکنند، باید به طور منطقی از دستگاههای خارجی برای خروج گرما و کنترل دمای کار بهینه باتریهای لیتیومی استفاده کنند. پس از رسیدن کنترل دما به استانداردهای مربوطه، هدف رانندگی ایمن وسایل نقلیه انرژی جدید به سختی تهدید خواهد شد.
۲. مکانیسم تولید گرما در باتری لیتیومی خودروهای برقی با انرژی جدید
اگرچه این باتریها میتوانند به عنوان دستگاههای قدرت استفاده شوند، اما در فرآیند کاربرد واقعی، تفاوتهای بین آنها آشکارتر است. برخی از باتریها معایب بیشتری دارند، بنابراین تولیدکنندگان خودروهای انرژی نو باید با دقت انتخاب کنند. به عنوان مثال، باتری سرب-اسید قدرت کافی برای شاخه میانی را فراهم میکند، اما در طول کار خود آسیب زیادی به محیط اطراف وارد میکند و این آسیب بعداً جبرانناپذیر خواهد بود. بنابراین، به منظور حفاظت از امنیت زیستمحیطی، این کشور باتریهای سرب-اسید را در فهرست ممنوعه قرار داده است. در طول دوره توسعه، باتریهای نیکل-هیدرید فلز فرصتهای خوبی به دست آوردهاند، فناوری توسعه به تدریج بالغ شده و دامنه کاربرد نیز گسترش یافته است. با این حال، در مقایسه با باتریهای لیتیومی، معایب آن کمی آشکار است. به عنوان مثال، کنترل هزینه تولید باتریهای نیکل-هیدرید فلز برای تولیدکنندگان باتری معمولی دشوار است. در نتیجه، قیمت باتریهای نیکل-هیدروژن در بازار همچنان بالا مانده است. برخی از برندهای خودروهای انرژی نو که عملکرد هزینه را دنبال میکنند، به سختی استفاده از آنها را به عنوان قطعات خودرو در نظر میگیرند. مهمتر از همه، باتریهای Ni-MH نسبت به باتریهای لیتیومی به دمای محیط بسیار حساستر هستند و به دلیل دمای بالا احتمال آتش گرفتن آنها بیشتر است. پس از مقایسههای متعدد، باتریهای لیتیومی برجسته هستند و اکنون به طور گسترده در وسایل نقلیه انرژی جدید مورد استفاده قرار میگیرند.
دلیل اینکه باتریهای لیتیومی میتوانند برای وسایل نقلیه انرژی جدید برق تأمین کنند دقیقاً به این دلیل است که الکترودهای مثبت و منفی آنها دارای مواد فعال هستند. در طی فرآیند جاسازی و استخراج مداوم مواد، مقدار زیادی انرژی الکتریکی به دست میآید و سپس طبق اصل تبدیل انرژی، انرژی الکتریکی و انرژی جنبشی برای دستیابی به هدف تبادل، و در نتیجه ارائه یک قدرت قوی به وسایل نقلیه انرژی جدید، میتوانند به هدف راه رفتن با ماشین دست یابند. در عین حال، هنگامی که سلول باتری لیتیومی تحت یک واکنش شیمیایی قرار میگیرد، عملکرد جذب گرما و آزاد کردن گرما را برای تکمیل تبدیل انرژی خواهد داشت. علاوه بر این، اتم لیتیوم ساکن نیست، میتواند به طور مداوم بین الکترولیت و دیافراگم حرکت کند و مقاومت داخلی قطبش وجود دارد.
اکنون، گرما نیز به طور مناسب آزاد میشود. با این حال، دمای اطراف باتری لیتیومی خودروهای انرژی نو بسیار بالاست که میتواند به راحتی منجر به تجزیه جداکنندههای مثبت و منفی شود. علاوه بر این، ترکیب باتری لیتیومی انرژی نو از چندین بسته باتری تشکیل شده است. گرمای تولید شده توسط همه بستههای باتری بسیار بیشتر از گرمای تولید شده توسط یک باتری واحد است. هنگامی که دما از مقدار از پیش تعیین شدهای فراتر رود، باتری به شدت مستعد انفجار است.
۳. فناوریهای کلیدی سیستم مدیریت حرارتی باتری
برای سیستم مدیریت باتری خودروهای انرژی نو، چه در داخل و چه در خارج از کشور، توجه زیادی شده، مجموعهای از تحقیقات آغاز شده و نتایج زیادی به دست آمده است. این مقاله بر ارزیابی دقیق توان باقیمانده باتری سیستم مدیریت حرارتی باتری خودروهای انرژی نو، مدیریت تعادل باتری و فناوریهای کلیدی به کار رفته در آن تمرکز خواهد کرد.سیستم مدیریت حرارتی.
۳.۱ روش ارزیابی توان باقیمانده سیستم مدیریت حرارتی باتری
محققان انرژی و تلاشهای زیادی را صرف ارزیابی SOC کردهاند که عمدتاً با استفاده از الگوریتمهای دادههای علمی مانند روش انتگرال آمپر-ساعت، روش مدل خطی، روش شبکه عصبی و روش فیلتر کالمن برای انجام تعداد زیادی آزمایش شبیهسازی انجام شدهاند. با این حال، خطاهای محاسباتی اغلب در طول استفاده از این روش رخ میدهد. اگر خطا به موقع اصلاح نشود، شکاف بین نتایج محاسبه بیشتر و بیشتر میشود. برای جبران این نقص، محققان معمولاً روش ارزیابی Anshi را با روشهای دیگر ترکیب میکنند تا یکدیگر را تأیید کنند تا دقیقترین نتایج را به دست آورند. با دادههای دقیق، محققان میتوانند جریان تخلیه باتری را به طور دقیق تخمین بزنند.
۳.۲ مدیریت متوازن سیستم مدیریت حرارتی باتری
مدیریت تعادل سیستم مدیریت حرارتی باتری عمدتاً برای هماهنگ کردن ولتاژ و توان هر قسمت از باتری استفاده میشود. پس از استفاده از باتریهای مختلف در قسمتهای مختلف، توان و ولتاژ متفاوت خواهد بود. در این زمان، باید از مدیریت تعادل برای از بین بردن تفاوت بین این دو استفاده شود. ناهماهنگی. در حال حاضر پرکاربردترین تکنیک مدیریت تعادل
این روش عمدتاً به دو نوع تقسیم میشود: برابرسازی غیرفعال و برابرسازی فعال. از دیدگاه کاربرد، اصول پیادهسازی مورد استفاده توسط این دو نوع روش برابرسازی کاملاً متفاوت است.
(1) تعادل غیرفعال. اصل برابرسازی غیرفعال از رابطه متناسب بین توان باتری و ولتاژ، بر اساس دادههای ولتاژ یک رشته باتری، استفاده میکند و تبدیل این دو عموماً از طریق تخلیه مقاومتی حاصل میشود: انرژی یک باتری پرقدرت از طریق گرمایش مقاومتی گرما تولید میکند، سپس از طریق هوا دفع میشود تا به هدف اتلاف انرژی برسد. با این حال، این روش برابرسازی، راندمان استفاده از باتری را بهبود نمیبخشد. علاوه بر این، اگر اتلاف گرما ناهموار باشد، باتری به دلیل مشکل گرمای بیش از حد قادر به انجام وظیفه مدیریت حرارتی باتری نخواهد بود.
(2) تعادل فعال. تعادل فعال محصول ارتقا یافته تعادل غیرفعال است که معایب تعادل غیرفعال را جبران میکند. از دیدگاه اصل تحقق، اصل برابرسازی فعال به اصل برابرسازی غیرفعال اشاره نمیکند، بلکه یک مفهوم کاملاً متفاوت جدید را اتخاذ میکند: برابرسازی فعال، انرژی الکتریکی باتری را به انرژی گرمایی تبدیل نمیکند و آن را تلف نمیکند، به طوری که انرژی بالا منتقل میشود. انرژی از باتری به باتری کمانرژی منتقل میشود. علاوه بر این، این نوع انتقال، قانون پایستگی انرژی را نقض نمیکند و مزایای تلفات کم، راندمان بالای استفاده و نتایج سریع را دارد. با این حال، ساختار ترکیب مدیریت تعادل نسبتاً پیچیده است. اگر نقطه تعادل به درستی کنترل نشود، ممکن است به دلیل اندازه بیش از حد آن، آسیب جبرانناپذیری به باتری برق وارد کند. به طور خلاصه، هم مدیریت تعادل فعال و هم مدیریت تعادل غیرفعال دارای معایب و مزایایی هستند. در کاربردهای خاص، محققان میتوانند بر اساس ظرفیت و تعداد رشتههای باتری لیتیومی، انتخابهایی انجام دهند. بستههای باتری لیتیومی با ظرفیت کم و تعداد کم برای مدیریت برابرسازی غیرفعال و بستههای باتری لیتیومی با ظرفیت بالا و توان بالا برای مدیریت برابرسازی فعال مناسب هستند.
۳.۳ فناوریهای اصلی مورد استفاده در سیستم مدیریت حرارتی باتری
(1) محدوده دمای عملیاتی بهینه باتری را تعیین کنید. سیستم مدیریت حرارتی عمدتاً برای هماهنگ کردن دمای اطراف باتری استفاده میشود، بنابراین برای اطمینان از تأثیر کاربردی سیستم مدیریت حرارتی، فناوری کلیدی توسعهیافته توسط محققان عمدتاً برای تعیین دمای کاری باتری استفاده میشود. تا زمانی که دمای باتری در محدوده مناسبی نگه داشته شود، باتری لیتیومی همیشه میتواند در بهترین شرایط کاری باشد و توان کافی را برای عملکرد وسایل نقلیه انرژی نو فراهم کند. به این ترتیب، عملکرد باتری لیتیومی وسایل نقلیه انرژی نو همیشه میتواند در شرایط عالی باشد.
(2) محاسبه محدوده حرارتی باتری و پیشبینی دما. این فناوری شامل تعداد زیادی محاسبات مدل ریاضی است. دانشمندان از روشهای محاسباتی مربوطه برای به دست آوردن اختلاف دما در داخل باتری استفاده میکنند و از این به عنوان مبنایی برای پیشبینی رفتار حرارتی احتمالی باتری استفاده میکنند.
(3) انتخاب محیط انتقال حرارت. عملکرد برتر سیستم مدیریت حرارتی به انتخاب محیط انتقال حرارت بستگی دارد. اکثر خودروهای انرژی نو فعلی از هوا/مایع خنککننده به عنوان محیط خنککننده استفاده میکنند. این روش خنککننده از نظر کارکرد ساده، هزینه تولید پایین است و میتواند به خوبی به هدف اتلاف حرارت باتری دست یابد.بخاری هوای PTC/بخاری خنک کننده PTC)
(4) طراحی ساختار تهویه و دفع حرارت موازی را اتخاذ کنید. طراحی تهویه و دفع حرارت بین بستههای باتری لیتیومی میتواند جریان هوا را گسترش دهد تا بتوان آن را به طور مساوی بین بستههای باتری توزیع کرد و به طور موثر اختلاف دما بین ماژولهای باتری را حل کرد.
(5) انتخاب نقطه اندازهگیری فن و دما. در این ماژول، محققان از تعداد زیادی آزمایش برای انجام محاسبات نظری استفاده کردند و سپس از روشهای مکانیک سیالات برای به دست آوردن مقادیر مصرف برق فن استفاده کردند. پس از آن، محققان از المان محدود برای یافتن مناسبترین نقطه اندازهگیری دما به منظور به دست آوردن دقیق دادههای دمای باتری استفاده خواهند کرد.
زمان ارسال: ۱۰ سپتامبر ۲۰۲۴
