Jednou z kľúčových technológií vozidiel s novými energetickými systémami sú batérie. Kvalita batérií určuje na jednej strane cenu elektromobilov a na druhej strane dojazd elektromobilov. Kľúčovým faktorom pre ich prijatie a rýchle zavedenie.
Podľa charakteristík použitia, požiadaviek a oblastí použitia výkonových batérií sú typy výskumu a vývoja výkonových batérií doma aj v zahraničí zhruba tieto: olovené batérie, nikel-kadmiové batérie, nikel-metalhydridové batérie, lítium-iónové batérie, palivové články atď., medzi ktorými sa najväčšia pozornosť venuje vývoju lítium-iónových batérií.
Správanie sa pri generovaní tepla z batérie
Zdroj tepla, rýchlosť tvorby tepla, tepelná kapacita batérie a ďalšie súvisiace parametre modulu batérie úzko súvisia s povahou batérie. Teplo uvoľňované batériou závisí od chemickej, mechanickej a elektrickej povahy a charakteristík batérie, najmä od povahy elektrochemickej reakcie. Tepelná energia generovaná pri reakcii batérie sa dá vyjadriť ako reakčné teplo batérie Qr; elektrochemická polarizácia spôsobuje odchýlku skutočného napätia batérie od jej rovnovážnej elektromotorickej sily a strata energie spôsobená polarizáciou batérie sa vyjadruje ako Qp. Okrem reakcie batérie prebiehajúcej podľa reakčnej rovnice existujú aj niektoré vedľajšie reakcie. Medzi typické vedľajšie reakcie patrí rozklad elektrolytu a samovybíjanie batérie. Vedľajšie reakčné teplo generované v tomto procese je Qs. Okrem toho, pretože každá batéria bude mať nevyhnutne odpor, pri prechode prúdu sa generuje Jouleovo teplo Qj. Preto je celkové teplo batérie súčtom tepla nasledujúcich faktorov: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.
V závislosti od konkrétneho procesu nabíjania (vybíjania) sa líšia aj hlavné faktory, ktoré spôsobujú uvoľňovanie tepla v batérii. Napríklad, keď je batéria normálne nabitá, dominantným faktorom je Qr; a v neskoršej fáze nabíjania batérie, v dôsledku rozkladu elektrolytu, začínajú prebiehať vedľajšie reakcie (teplo vedľajšej reakcie je Qs). Keď je batéria takmer úplne nabitá a prebíja sa, dochádza hlavne k rozkladu elektrolytu, kde dominuje Qs. Jouleovo teplo Qj závisí od prúdu a odporu. Bežne používaná metóda nabíjania sa vykonáva pri konštantnom prúde a Qj je v tomto čase špecifická hodnota. Počas štartu a zrýchľovania je však prúd relatívne vysoký. Pre HEV je to ekvivalent prúdu desiatok až stoviek ampérov. V tomto čase je Jouleovo teplo Qj veľmi veľké a stáva sa hlavným zdrojom uvoľňovania tepla v batérii.
Z hľadiska ovládateľnosti tepelného manažmentu, systémy tepelného manažmentu (HVH) možno rozdeliť na dva typy: aktívne a pasívne. Z hľadiska média prenosu tepla možno systémy tepelného manažmentu rozdeliť na: vzduchom chladené(PTC ohrievač vzduchu), kvapalinou chladené(Ohrievač chladiacej kvapaliny PTC) a akumuláciu tepla s fázovou zmenou.
Pre prenos tepla s chladiacou kvapalinou (PTC chladiaci ohrievač) ako médiom je potrebné vytvoriť teplonosné spojenie medzi modulom a kvapalným médiom, napríklad vodným plášťom, aby sa zabezpečilo nepriame ohrev a chladenie formou konvekcie a vedenia tepla. Teplonosným médiom môže byť voda, etylénglykol alebo dokonca chladivo. Existuje aj priamy prenos tepla ponorením pólového nástavca do kvapaliny dielektrika, ale musia sa prijať izolačné opatrenia, aby sa predišlo skratu.
Pasívne chladenie chladiacou kvapalinou vo všeobecnosti využíva výmenu tepla medzi kvapalinou a okolitým vzduchom a následne zavádza kokóny do batérie pre sekundárnu výmenu tepla, zatiaľ čo aktívne chladenie využíva výmenníky tepla medzi chladiacou kvapalinou motora a kvapalným médiom alebo elektrické kúrenie PTC/ohrev termálnym olejom na dosiahnutie primárneho chladenia. Kúrenie, primárne chladenie s chladivom a kvapalným médiom klimatizácie v kabíne pre cestujúcich/klimatizácie.
Pre systémy tepelného manažmentu, ktoré používajú ako médium vzduch a kvapalinu, je konštrukcia príliš veľká a zložitá kvôli potrebe ventilátorov, vodných čerpadiel, výmenníkov tepla, ohrievačov, potrubí a ďalšieho príslušenstva a tiež spotrebúva energiu z batérie a znižuje hustotu energie a hustotu energie.
Vodou chladiaci systém batérie využíva chladiacu kvapalinu (50 % vody / 50 % etylénglykol) na prenos tepla z batérie do chladiaceho systému klimatizácie cez chladič batérie a potom do okolitého prostredia cez kondenzátor. Vstupná teplota vody do batérie je ochladzovaná batériou. Po výmene tepla je ľahké dosiahnuť nižšiu teplotu a batériu je možné nastaviť tak, aby pracovala v najlepšom rozsahu prevádzkových teplôt; princíp systému je znázornený na obrázku. Medzi hlavné komponenty chladiaceho systému patria: kondenzátor, elektrický kompresor, výparník, expanzný ventil s uzatváracím ventilom, chladič batérie (expanzný ventil s uzatváracím ventilom) a potrubia klimatizácie atď.; okruh chladiacej vody zahŕňa: elektrické vodné čerpadlo, batériu (vrátane chladiacich dosiek), chladiče batérie, vodovodné potrubia, expanzné nádrže a ďalšie príslušenstvo.
Čas uverejnenia: 27. apríla 2023
