تحقیق در مورد فناوری مدیریت حرارتی باتری لیتیومی برای وسایل نقلیه با انرژی جدید

1. ویژگی های باتری های لیتیومی برای وسایل نقلیه با انرژی جدید

باتری های لیتیومی عمدتاً دارای مزایای سرعت خود تخلیه کم، چگالی انرژی بالا، زمان چرخه بالا و راندمان عملیاتی بالا در طول استفاده هستند.استفاده از باتری‌های لیتیومی به‌عنوان منبع تغذیه اصلی برای انرژی‌های جدید، معادل دستیابی به یک منبع تغذیه خوب است.بنابراین، در ترکیب اجزای اصلی خودروهای انرژی جدید، بسته باتری لیتیومی مربوط به سلول باتری لیتیومی به مهم ترین جزء اصلی آن و بخش اصلی تامین کننده انرژی تبدیل شده است.در طول فرآیند کار باتری های لیتیومی، الزامات خاصی برای محیط اطراف وجود دارد.با توجه به نتایج تجربی، دمای کار بهینه در 20 درجه سانتیگراد تا 40 درجه سانتیگراد نگهداری می شود.هنگامی که دمای اطراف باتری از حد مشخص شده فراتر رود، عملکرد باتری لیتیومی تا حد زیادی کاهش می یابد و عمر مفید آن بسیار کاهش می یابد.از آنجایی که دمای اطراف باتری لیتیومی بسیار پایین است، ظرفیت تخلیه نهایی و ولتاژ تخلیه از استاندارد از پیش تعیین شده منحرف می شود و افت شدیدی رخ می دهد.

اگر دمای محیط بیش از حد بالا باشد، احتمال فرار حرارتی باتری لیتیومی بسیار افزایش می یابد و گرمای داخلی در یک مکان خاص جمع می شود و باعث ایجاد مشکلات جدی در انباشت گرما می شود.اگر این قسمت از گرما را نتوان به راحتی صادر کرد، همراه با طولانی شدن زمان کار باتری لیتیومی، باتری مستعد انفجار است.این خطر ایمنی تهدید بزرگی برای ایمنی شخصی است، بنابراین باتری‌های لیتیومی باید به دستگاه‌های خنک‌کننده الکترومغناطیسی برای بهبود عملکرد ایمنی تجهیزات کلی در هنگام کار تکیه کنند.مشاهده می‌شود که وقتی محققان دمای باتری‌های لیتیومی را کنترل می‌کنند، باید به طور منطقی از دستگاه‌های خارجی برای صدور گرما و کنترل دمای بهینه کار باتری‌های لیتیومی استفاده کنند.پس از رسیدن کنترل دما به استانداردهای مربوطه، هدف رانندگی ایمن وسایل نقلیه انرژی جدید به سختی تهدید خواهد شد.

2. مکانیسم تولید گرما باتری لیتیومی با انرژی جدید

اگرچه می توان از این باتری ها به عنوان دستگاه های برق استفاده کرد، اما در فرآیند استفاده واقعی، تفاوت بین آنها آشکارتر است.برخی از باتری ها دارای معایب بیشتری هستند، بنابراین سازندگان خودروهای انرژی جدید باید با دقت انتخاب کنند.به عنوان مثال باتری سرب اسید قدرت کافی برای انشعاب میانی را تامین می کند اما در حین کارکرد خود آسیب زیادی به محیط اطراف وارد می کند و این آسیب بعدا غیر قابل جبران خواهد بود.از این رو، کشور به منظور حفظ امنیت زیست محیطی، باتری های سرب اسیدی را در لیست ممنوعه قرار داده است.در طول دوره توسعه، باتری های هیدرید نیکل-فلز فرصت های خوبی را به دست آورده اند، فناوری توسعه به تدریج بالغ شده است و دامنه کاربرد نیز گسترش یافته است.با این حال، در مقایسه با باتری های لیتیومی، معایب آن کمی آشکار است.برای مثال، کنترل هزینه تولید باتری‌های نیکل-فلز هیدرید برای تولیدکنندگان باتری معمولی دشوار است.در نتیجه قیمت باتری های نیکل هیدروژنی در بازار همچنان بالا باقی مانده است.برخی از برندهای جدید خودروهای انرژی که به دنبال عملکرد هزینه هستند، به سختی از آنها به عنوان قطعات خودرو استفاده می کنند.مهمتر از آن، باتری‌های Ni-MH نسبت به باتری‌های لیتیومی به دمای محیط بسیار حساس‌تر هستند و به دلیل دمای بالا احتمال آتش‌سوزی بیشتر است.پس از مقایسه های متعدد، باتری های لیتیومی خودنمایی می کنند و اکنون به طور گسترده در خودروهای انرژی جدید استفاده می شوند.

دلیل اینکه باتری های لیتیومی می توانند انرژی وسایل نقلیه با انرژی جدید را تامین 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 می آید و سپس با توجه به اصل تبدیل انرژی، انرژی الکتریکی و انرژی جنبشی برای رسیدن به هدف مبادله، در نتیجه قدرت قوی به وسایل نقلیه انرژی جدید، می توانند به هدف پیاده روی با ماشین دست یابند.در عین حال، هنگامی که سلول باتری لیتیومی تحت یک واکنش شیمیایی قرار می‌گیرد، وظیفه جذب گرما و آزادسازی گرما را برای تبدیل کامل انرژی خواهد داشت.علاوه بر این، اتم لیتیوم ساکن نیست، می تواند به طور مداوم بین الکترولیت و دیافراگم حرکت کند و مقاومت داخلی قطبش وجود دارد.

اکنون گرما نیز به طور مناسب آزاد می شود.با این حال، دمای اطراف باتری لیتیومی خودروهای انرژی نو بسیار بالا است که به راحتی می تواند منجر به تجزیه جداکننده های مثبت و منفی شود.علاوه بر این، ترکیب باتری لیتیوم انرژی جدید از بسته های باتری متعدد تشکیل شده است.گرمای تولید شده توسط تمام بسته های باتری بسیار بیشتر از گرمای یک باتری است.زمانی که دما از مقدار از پیش تعیین شده بیشتر شود، باتری به شدت مستعد انفجار است.

3. فن آوری های کلیدی سیستم مدیریت حرارتی باتری

برای سیستم مدیریت باتری وسایل نقلیه انرژی جدید، چه در داخل و چه در خارج از کشور توجه زیادی شده است، یک سری تحقیقات راه اندازی شده و نتایج زیادی به دست آمده است.این مقاله بر ارزیابی دقیق قدرت باتری باقیمانده سیستم مدیریت حرارتی باتری خودروهای انرژی جدید، مدیریت تعادل باتری و فناوری‌های کلیدی بکار رفته درسیستم مدیریت حرارتی.

3.1 روش ارزیابی توان باقیمانده سیستم مدیریت حرارتی باتری
محققان انرژی و تلاش‌های پرزحمت زیادی را در ارزیابی SOC صرف کرده‌اند که عمدتاً 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 استفاده می‌کنند.با این حال، اشتباهات محاسباتی اغلب در طول استفاده از این روش رخ می دهد.اگر خطا به موقع اصلاح نشود، شکاف بین نتایج محاسبات بیشتر و بیشتر می شود.برای جبران این نقص، محققان معمولاً روش ارزیابی Anshi را با روش های دیگر ترکیب می کنند تا یکدیگر را تأیید کنند تا دقیق ترین نتایج را به دست آورند.با داده های دقیق، محققان می توانند به طور دقیق جریان تخلیه باتری را تخمین بزنند.

3.2 مدیریت متوازن سیستم مدیریت حرارتی باتری
مدیریت تعادل سیستم مدیریت حرارتی باتری عمدتاً برای هماهنگ کردن ولتاژ و توان هر قسمت از باتری قدرت استفاده می شود.پس از استفاده از باتری های مختلف در قسمت های مختلف، قدرت و ولتاژ متفاوت خواهد بود.در این زمان باید از مدیریت تعادل برای از بین بردن تفاوت بین این دو استفاده کرد.ناسازگاری.در حال حاضر پرکاربردترین تکنیک مدیریت تعادل است

به طور عمده به دو نوع تقسیم می شود: تساوی غیرفعال و تساوی فعال.از منظر کاربرد، اصول پیاده سازی مورد استفاده توسط این دو نوع روش یکسان سازی کاملاً متفاوت است.

(1) تعادل منفعل.اصل یکسان سازی غیرفعال از رابطه متناسب بین توان باتری و ولتاژ، بر اساس داده های ولتاژ یک رشته باتری استفاده می کند، و تبدیل این دو به طور کلی از طریق تخلیه مقاومت به دست می آید: انرژی یک باتری پرقدرت گرما تولید می کند. از طریق گرمایش مقاومت، سپس از طریق هوا پراکنده می شود تا به هدف از دست دادن انرژی برسید.با این حال، این روش یکسان سازی راندمان استفاده از باتری را بهبود نمی بخشد.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 می کند.از نقطه نظر اصل تحقق، اصل یکسان سازی فعال به اصل تساوی غیرفعال اشاره نمی کند، بلکه مفهوم جدیدی کاملا متفاوت را اتخاذ می کند: تساوی فعال انرژی الکتریکی باتری را به انرژی گرمایی تبدیل نمی کند و آن را از بین می برد. ، به طوری که انرژی بالا منتقل می شود انرژی از باتری به باتری کم انرژی منتقل می شود.علاوه بر این، این نوع انتقال قانون صرفه جویی انرژی را نقض نمی کند و از مزایای کم تلفات، راندمان استفاده بالا و نتایج سریع برخوردار است.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 باتری، آسیب جبران ناپذیری به بسته باتری برق وارد کند.به طور خلاصه، هر دو مدیریت تعادل فعال و مدیریت تعادل غیرفعال دارای معایب و مزایایی هستند.در کاربردهای خاص، محققان می‌توانند با توجه به ظرفیت و تعداد رشته‌های بسته‌های باتری لیتیومی انتخاب کنند.بسته های باتری لیتیومی با ظرفیت کم و تعداد کم برای مدیریت یکسان سازی غیرفعال مناسب هستند و بسته های باتری لیتیومی با ظرفیت بالا و تعداد بالا برای مدیریت یکسان سازی فعال مناسب هستند.

3.3 فناوری های 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 می شود، بنابراین به منظور اطمینان از اثر کاربردی سیستم مدیریت حرارتی، فناوری کلیدی توسعه یافته توسط محققان عمدتاً برای تعیین دمای کار باتری استفاده می شود.تا زمانی که دمای باتری در یک محدوده مناسب نگه داشته شود، باتری لیتیومی همیشه می تواند در بهترین شرایط کار باشد و قدرت کافی برای کارکرد وسایل نقلیه انرژی جدید را فراهم کند.به این ترتیب، عملکرد باتری لیتیومی وسایل نقلیه انرژی جدید همیشه می تواند در شرایط عالی باشد.

(2) محاسبه محدوده حرارتی باتری و پیش بینی دما.این فناوری شامل تعداد زیادی محاسبات مدل ریاضی است.دانشمندان از روش‌های محاسباتی مربوطه برای به دست آوردن اختلاف دمای داخل باتری استفاده می‌کنند و از آن 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.بیشتر خودروهای انرژی جدید فعلی از هوا/ خنک کننده به عنوان وسیله خنک کننده استفاده می کنند.کارکرد این روش خنک‌کننده ساده است، هزینه ساخت پایینی دارد و می‌تواند به خوبی به هدف اتلاف گرمای باتری دست یابد.هوا گرمکن PTC/بخاری خنک کننده PTC)

(4) طراحی ساختار تهویه موازی و اتلاف گرما را اتخاذ کنید.طراحی تهویه و اتلاف گرما بین بسته‌های باتری لیتیومی می‌تواند جریان هوا را گسترش دهد تا بتواند به طور مساوی بین بسته‌های باتری توزیع شود و به طور موثر اختلاف دما بین ماژول‌های باتری را حل کند.

(5) انتخاب نقطه اندازه گیری فن و دما.در این ماژول، محققان از تعداد زیادی آزمایش برای انجام محاسبات نظری استفاده کردند و سپس از روش های مکانیک سیالات برای به دست آوردن مقادیر مصرف برق فن استفاده کردند.پس از آن، محققان از عناصر محدود برای یافتن مناسب ترین نقطه اندازه گیری دما برای به دست آوردن دقیق داده های دمای باتری استفاده خواهند کرد.