Технологія теплового управління
Керування температурою батареї
Управління температурою батареї є ключовим компонентом системи керування температурою електромобілів. Його головна мета полягає в тому, щоб забезпечити належну робочу температуру акумуляторної батареї за різних робочих умов, щоб забезпечити продуктивність, безпеку та термін служби батареї. Керування температурою батареї в основному включає два аспекти: розсіювання тепла та нагрівання. Нижче буде детально описано різні технічні шляхи досягнення цих двох функцій.
1. Розсіювання тепла батареї
1) Повітряне охолодження. Повітряне охолодження є відносно простим і недорогим методом відведення тепла. Він відводить тепло, що виділяється батареєю, за допомогою природної конвекції або шляхом встановлення вентилятора для примусового потоку повітря. Система повітряного охолодження в основному покладається на тепловідвід на поверхні акумуляторної батареї для теплообміну, що підходить для сценаріїв із низькими вимогами до питомої потужності або помірною температурою навколишнього середовища. Однак через невелику питому теплоємність повітря ефективність теплообміну є відносно обмеженою, а здатність до швидкого охолодження акумуляторів високої потужності та високої щільності енергії слабка.
2) Рідинне охолодження. Рідке охолоджуюче рішення використовує охолоджувач (наприклад, воду, розчин етиленгліколю тощо) як теплоносій, який безпосередньо контактує з акумулятором через циркуляційну трубу для досягнення ефективної теплопровідності. Система рідинного охолодження може точно контролювати температуру акумулятора, особливо для високопродуктивних електромобілів. Ефективно запобігаючи перегріванню батареї, вона забезпечує рівномірний розподіл температури батареї, тим самим покращуючи термін служби батареї та загальну продуктивність. Однак рідинне охолодження має певні обмеження. Система рідинного охолодження є більш складною, існує ризик витоку рідини, існують певні вимоги до корозійної стійкості матеріалу, а також збільшуються витрати на обслуговування.
3) Розсіювання тепла матеріалу зі зміною фази (PCM). Матеріали, що змінюють фазу, можуть поглинати велику кількість прихованого тепла під час процесу фазового переходу тверда речовина-рідина, завдяки чому досягається хороший ефект розсіювання тепла. У разі застосування для управління температурою батареї PCM можна обернути навколо батареї або вбудувати в модуль батареї, щоб поглинати тепло, коли температура батареї підвищується, відіграючи роль у повільному виділенні тепла. Перевагою відведення тепла PCM є його постійні температурні характеристики, що запобігає раптовому підвищенню температури батареї, але недоліки також відносно очевидні. Його теплопровідність відносно низька, швидкість відгуку повільна, а вартість матеріалу висока.
4) Тепловіддача теплової труби. Теплові трубки можуть передавати тепло, використовуючи процес зміни фази робочої рідини без зовнішнього надходження енергії для досягнення ефективної теплопровідності. У програмах керування температурою батареї теплові трубки можуть швидко передавати тепло від локальних гарячих точок і покращувати сталість температури всієї батареї. Теплові трубки мають такі переваги, як висока ефективність теплопередачі, малий розмір і невелика вага, але їх структура складна, вартість виробництва відносно висока, і слід приділити увагу розробці відповідного кінця конденсації для забезпечення ефективності розсіювання тепла.
5) Розсіювання тепла прямого охолодження. Пряме охолодження в основному стосується охолоджувального середовища (зазвичай рідкого), що протікає безпосередньо через модуль батареї або елемент батареї для ефективного контролю робочої температури батареї. Така конструкція дозволяє поверхні батареї швидко розсіювати тепло, що особливо підходить для випадків високої температури та великого споживання електроенергії. Однак пряме охолодження має надзвичайно високі вимоги до ущільнення, і витік охолоджуючої рідини може спричинити серйозну загрозу безпеці.
2. Батарея опалення
1) PTC опалення. Нагрівач з позитивним температурним коефіцієнтом (PTC) заснований на ефекті позитивного температурного коефіцієнта, тобто опір збільшується зі збільшенням температури. Таким чином, він може забезпечити стабільну тепловіддачу в середовищі з низькою температурою, автоматично обмежуючи власну температуру від надто високої. Підігрів PTC широко використовується в електричних транспортних засобах для забезпечення комфорту, наприклад підігрів сидінь і додатковий обігрів системи кондиціонування повітря в автомобілі. Завдяки своїм характеристикам саморегулювання він може забезпечити стабільний і ефективний нагрів, уникаючи проблем, викликаних перегрівом. Це ефективна технологія опалення. Однак опалення PTC — це електричне опалення, яке збільшить загальне споживання енергії електромобілів і зменшить запас ходу.
2) Опалення тепловим насосом. Система кондиціонування повітря з тепловим насосом поглинає низькотемпературне тепло із зовнішнього середовища за допомогою зворотного циклу Карно та передає його до батареї та салону за допомогою процесу стиснення та виділення тепла. Порівняно з традиційними методами опалення PTC, теплові насоси є більш енергоефективними в умовах низьких температур і допомагають підтримувати продуктивність автомобіля. Однак конструкція та робота систем теплових насосів є складнішими, особливо в умовах екстремальних низьких температур, коли їх продуктивність буде знижуватися. З цієї причини в деяких дослідженнях були запропоновані інноваційні технології, такі як нагнітання повітря та теплові насоси з двома джерелами для оптимізації продуктивності теплового насоса за низьких температур навколишнього середовища.
