Riešenia tepelného manažmentu pre batériové systémy

Niet pochýb o tom, že teplotný faktor má zásadný vplyv na výkon, životnosť a bezpečnosť napájacích batérií.Všeobecne povedané, očakávame, že batériový systém bude fungovať v rozsahu 15 ~ 35 ℃, aby sa dosiahol najlepší výkon a vstup, maximálna dostupná energia a najdlhšia životnosť cyklu (hoci skladovanie pri nízkej teplote môže predĺžiť životnosť kalendára batérie , ale nemá veľký zmysel praktizovať nízkoteplotné skladovanie v aplikáciách a batérie sú v tomto smere veľmi podobné ľuďom).

V súčasnosti možno tepelný manažment systému napájacích batérií rozdeliť hlavne do štyroch kategórií, prirodzené chladenie, chladenie vzduchom, chladenie kvapalinou a priame chladenie.Medzi nimi je prirodzené chladenie pasívnou metódou tepelného manažmentu, zatiaľ čo chladenie vzduchom, kvapalinové chladenie a jednosmerný prúd sú aktívne.Hlavným rozdielom medzi týmito tromi je rozdiel v médiu na výmenu tepla.

· Prirodzené chladenie
Voľné chladenie nemá žiadne prídavné zariadenia na výmenu tepla.Napríklad spoločnosť BYD prijala prirodzené chladenie v modeloch Qin, Tang, Song, E6, Tengshi a ďalších modeloch, ktoré využívajú bunky LFP.Rozumie sa, že následný BYD prejde na kvapalinové chladenie pre modely využívajúce ternárne batérie.

· Chladenie vzduchom (PTC ohrievač vzduchu)
Vzduchové chladenie využíva vzduch ako teplonosné médium.Existujú dva bežné typy.Prvý z nich sa nazýva pasívne chladenie vzduchom, ktoré priamo využíva vonkajší vzduch na výmenu tepla.Druhým typom je aktívne vzduchové chladenie, ktoré dokáže predohrievať alebo ochladiť vonkajší vzduch pred vstupom do batériového systému.V prvých dňoch mnoho japonských a kórejských elektrických modelov používalo vzduchom chladené riešenia.

· Chladenie kvapalinou
Kvapalinové chladenie používa nemrznúcu zmes (ako je etylénglykol) ako médium na prenos tepla.Vo všeobecnosti je v riešení viacero rôznych okruhov výmeny tepla.Napríklad VOLT má okruh chladiča, okruh klimatizácie (PTC klimatizácia) a obvod PTC (Ohrievač chladiacej kvapaliny PTC).Systém správy batérie reaguje a prispôsobuje sa a prepína podľa stratégie tepelného manažmentu.TESLA Model S má okruh v sérii s chladením motora.Keď je potrebné batériu zahriať pri nízkej teplote, chladiaci okruh motora je zapojený do série s chladiacim okruhom batérie a motor môže zohrievať batériu.Keď je napájacia batéria pri vysokej teplote, chladiaci okruh motora a chladiaci okruh batérie sa nastavia paralelne a oba chladiace systémy budú odvádzať teplo nezávisle.

1. Plynový kondenzátor

2. Sekundárny kondenzátor

3. Sekundárny ventilátor kondenzátora

4. Ventilátor plynového kondenzátora

5. Senzor tlaku klimatizácie (strana vysokého tlaku)

6. Snímač teploty klimatizácie (strana vysokého tlaku)

7. Elektronický kompresor klimatizácie

8. Senzor tlaku klimatizácie (strana nízkeho tlaku)

9. Snímač teploty klimatizácie (strana nízkeho tlaku)

10. Expanzný ventil (chladič)

11. Expanzný ventil (výparník)

· Priame chladenie
Priame chladenie využíva ako teplovýmenné médium chladivo (materiál meniaci fázu).Chladivo môže absorbovať veľké množstvo tepla počas procesu fázového prechodu plyn-kvapalina.V porovnaní s chladivom sa účinnosť prenosu tepla môže zvýšiť viac ako trikrát a batéria sa dá rýchlejšie vymeniť.Teplo vo vnútri systému je odvádzané preč.Schéma priameho chladenia bola použitá v BMW i3.

 

Okrem účinnosti chladenia musí schéma riadenia teploty batériového systému zohľadňovať konzistentnosť teploty všetkých batérií.PACK má stovky článkov a teplotný senzor nedokáže rozpoznať každú bunku.Napríklad v module Tesla Model S je 444 batérií, ale sú usporiadané iba 2 body detekcie teploty.Preto je potrebné, aby batéria bola čo najkonzistentnejšia prostredníctvom návrhu tepelného manažmentu.A dobrá teplotná stálosť je predpokladom pre konzistentné výkonové parametre, ako je výkon batérie, životnosť a SOC.