راه حل های مدیریت حرارتی برای سیستم های باتری

شکی نیست که ضریب دما تأثیر مهمی بر عملکرد، عمر و ایمنی باتری های قدرت دارد.به طور کلی، ما انتظار داریم که سیستم باتری در محدوده 15 تا 35 درجه سانتیگراد کار کند تا به بهترین توان خروجی و ورودی، حداکثر انرژی موجود و طولانی ترین عمر چرخه دست یابد (اگرچه ذخیره سازی در دمای پایین می تواند عمر تقویم را افزایش دهد. از باتری است، اما تمرین ذخیره سازی با دمای پایین در برنامه ها چندان منطقی نیست و باتری ها از این نظر بسیار شبیه به افراد هستند).

در حال حاضر، مدیریت حرارتی سیستم باتری قدرت را می توان به طور عمده به چهار دسته خنک کننده طبیعی، خنک کننده هوا، خنک کننده مایع و خنک کننده مستقیم تقسیم کرد.در میان آنها، خنک کننده طبیعی یک روش مدیریت حرارتی غیرفعال است، در حالی که خنک کننده هوا، خنک کننده مایع و جریان مستقیم فعال هستند.تفاوت اصلی بین این سه تفاوت در محیط تبادل حرارتی است.

· خنک کننده طبیعی
خنک کننده رایگان هیچ وسیله اضافی برای تبادل حرارت ندارد.به عنوان مثال، BYD خنک کننده طبیعی را در مدل های Qin، Tang، Song، E6، Tengshi و سایر مدل هایی که از سلول های LFP استفاده می کنند، اتخاذ کرده است.مشخص است که BYD بعدی برای مدل‌هایی که از باتری‌های سه تایی استفاده می‌کنند، به خنک‌کننده مایع تبدیل می‌شود.

· خنک کننده هوا (هوا گرمکن PTC)
خنک کننده هوا از هوا به عنوان وسیله انتقال حرارت استفاده می کند.دو نوع رایج وجود دارد.اولین مورد خنک کننده هوای غیرفعال نامیده می شود که مستقیماً از هوای خارجی برای تبادل گرما استفاده می کند.نوع دوم خنک کننده هوای فعال است که می تواند هوای بیرون را قبل از ورود به سیستم باتری پیش گرم یا خنک کند.در روزهای اولیه، بسیاری از مدل های برقی ژاپنی و کره ای از راه حل های خنک کننده هوا استفاده می کردند.

· خنک کننده مایع
خنک کننده مایع از ضد یخ (مانند اتیلن گلیکول) به عنوان محیط انتقال حرارت استفاده می کند.به طور کلی چندین مدار مختلف تبادل حرارت در محلول وجود دارد.به عنوان مثال، VOLT دارای یک مدار رادیاتور، یک مدار تهویه مطبوع (تهویه مطبوع PTCو یک مدار PTC (بخاری خنک کننده PTC).سیستم مدیریت باتری با توجه به استراتژی مدیریت حرارتی پاسخ می دهد و تنظیم و سوئیچ می کند.تسلا مدل S دارای مدار سری با خنک کننده موتور است.هنگامی که باتری باید در دمای پایین گرم شود، مدار خنک کننده موتور به صورت سری به مدار خنک کننده باتری متصل می شود و موتور می تواند باتری را گرم کند.هنگامی که باتری برق در دمای بالا باشد، مدار خنک کننده موتور و مدار خنک کننده باتری به صورت موازی تنظیم می شوند و دو سیستم خنک کننده به طور مستقل گرما را دفع می کنند.

1. کندانسور گاز

2. کندانسور ثانویه

3. فن کندانسور ثانویه

4. فن کندانسور گازی

5. سنسور فشار کولر گازی (سمت فشار بالا)

6. سنسور دمای کولر گازی (سمت فشار بالا)

7. کمپرسور الکترونیکی کولر گازی

8. سنسور فشار کولر گازی (سمت کم فشار)

9. سنسور دمای کولر گازی (سمت فشار پایین)

10. شیر انبساط (کولر)

11. شیر انبساط (اواپراتور)

· خنک کننده مستقیم
خنک کننده مستقیم از مبرد (مواد تغییر فاز دهنده) به عنوان واسطه تبادل حرارت استفاده می کند.مبرد می تواند مقدار زیادی گرما را در طول فرآیند انتقال فاز گاز به مایع جذب کند.در مقایسه با مبرد، راندمان انتقال حرارت را می توان بیش از سه برابر افزایش داد و باتری را می توان با سرعت بیشتری تعویض کرد.گرمای داخل سیستم منتقل می شود.طرح خنک کننده مستقیم در BMW i3 استفاده شده است.

 

علاوه بر راندمان خنک کننده، طرح مدیریت حرارتی سیستم باتری نیاز به در نظر گرفتن ثبات دمای همه باتری ها دارد.PACK صدها سلول دارد و سنسور دما نمی تواند هر سلول را تشخیص دهد.به عنوان مثال، 444 باتری در یک ماژول تسلا مدل S وجود دارد، اما تنها 2 نقطه تشخیص دما مرتب شده است.بنابراین، لازم است باتری از طریق طراحی مدیریت حرارتی تا حد ممکن سازگار باشد.و ثبات دمایی خوب پیش نیاز پارامترهای عملکرد ثابت مانند قدرت باتری، عمر و SOC است.