Řešení tepelného managementu pro bateriové systémy

Není pochyb o tom, že teplotní faktor má zásadní vliv na výkon, životnost a bezpečnost napájecích baterií.Obecně řečeno, očekáváme, že bateriový systém bude fungovat v rozsahu 15~35℃, abychom dosáhli nejlepšího výkonu a vstupu, maximální dostupné energie a nejdelší životnosti cyklu (ačkoli skladování při nízké teplotě může prodloužit kalendářní životnost baterie , ale nemá příliš smysl praktikovat nízkoteplotní skladování v aplikacích a baterie jsou v tomto ohledu velmi podobné lidem).

V současné době lze tepelný management systému napájecích baterií rozdělit především do čtyř kategorií, přirozené chlazení, chlazení vzduchem, chlazení kapalinou a přímé chlazení.Mezi nimi je přirozené chlazení pasivní metodou tepelného managementu, zatímco chlazení vzduchem, kapalinové chlazení a stejnosměrný proud jsou aktivní.Hlavním rozdílem mezi těmito třemi je rozdíl v médiu výměny tepla.

· Přirozené chlazení
Volné chlazení nemá žádná přídavná zařízení pro výměnu tepla.Například společnost BYD přijala přirozené chlazení v modelech Qin, Tang, Song, E6, Tengshi a dalších, které využívají články LFP.Rozumí se, že následný BYD přejde na kapalinové chlazení u modelů využívajících ternární baterie.

· Chlazení vzduchem (PTC ohřívač vzduchu)
Chlazení vzduchem využívá vzduch jako teplonosné médium.Existují dva běžné typy.První z nich se nazývá pasivní vzduchové chlazení, které přímo využívá externí vzduch pro výměnu tepla.Druhým typem je aktivní vzduchové chlazení, které dokáže předehřát nebo ochladit venkovní vzduch před vstupem do bateriového systému.V prvních dnech mnoho japonských a korejských elektrických modelů používalo vzduchem chlazená řešení.

· Chlazení kapalinou
Kapalinové chlazení používá jako teplonosné médium nemrznoucí směs (jako je etylenglykol).V řešení je obecně více různých okruhů výměny tepla.Například VOLT má okruh chladiče, okruh klimatizace (PTC klimatizace) a obvod PTC (PTC ohřívač chladicí kapaliny).Systém řízení baterie reaguje a přizpůsobuje se a přepíná podle strategie řízení teploty.TESLA Model S má okruh v sérii s chlazením motoru.Když je třeba baterii zahřát na nízkou teplotu, chladicí obvod motoru je zapojen do série s chladicím obvodem baterie a motor může baterii zahřívat.Když má napájecí baterie vysokou teplotu, chladicí okruh motoru a chladicí okruh baterie se nastaví paralelně a oba chladicí systémy budou odvádět teplo nezávisle.

1. Plynový kondenzátor

2. Sekundární kondenzátor

3. Sekundární ventilátor kondenzátoru

4. Ventilátor plynového kondenzátoru

5. Senzor tlaku klimatizace (strana vysokého tlaku)

6. Čidlo teploty klimatizace (strana vysokého tlaku)

7. Elektronický kompresor klimatizace

8. Senzor tlaku klimatizace (nízkotlaká strana)

9. Čidlo teploty klimatizace (nízkotlaká strana)

10. Expanzní ventil (chladič)

11. Expanzní ventil (výparník)

· Přímé chlazení
Přímé chlazení využívá jako teplosměnné médium chladivo (materiál měnící fázi).Chladivo může absorbovat velké množství tepla během procesu fázového přechodu plyn-kapalina.Ve srovnání s chladivem lze účinnost přenosu tepla zvýšit více než třikrát a baterii lze vyměnit rychleji.Teplo uvnitř systému je odváděno pryč.Schéma přímého chlazení bylo použito v BMW i3.

 

Kromě účinnosti chlazení musí schéma řízení teploty bateriového systému zohledňovat konzistenci teploty všech baterií.PACK má stovky článků a teplotní senzor nemůže detekovat každý článek.Například v modulu Tesla Model S je 444 baterií, ale jsou uspořádány pouze 2 body detekce teploty.Proto je nutné, aby byla baterie co nejkonzistentnější prostřednictvím návrhu tepelného managementu.A dobrá konzistence teplot je předpokladem pro konzistentní výkonnostní parametry, jako je výkon baterie, životnost a SOC.