Важность аккумуляторных батарей как основного источника питания для транспортных средств на новых источниках энергии очевидна. В реальных условиях эксплуатации батареи сталкиваются со сложными и разнообразными условиями работы. Для увеличения запаса хода необходимо разместить как можно больше элементов батареи на определенной площади, поэтому пространство для размещения аккумуляторного блока на транспортном средстве очень ограничено. Батареи выделяют большое количество тепла во время работы транспортного средства и накапливаются со временем в относительно небольших объемах. Из-за плотного размещения элементов внутри аккумуляторного блока также затрудняется рассеивание тепла в центральной части, что усугубляет температурный дисбаланс между элементами. В результате снижается эффективность зарядки и разрядки батареи и влияет на ее мощность; в тяжелых случаях это может привести к тепловому разгону, что влияет на безопасность и срок службы системы.
Температура аккумуляторных батарей оказывает существенное влияние на их производительность, срок службы и безопасность. При низких температурах литий-ионные батареи могут испытывать увеличение внутреннего сопротивления и снижение емкости. В экстремальных случаях это может привести к замерзанию электролита и невозможности разряда батареи. Низкотемпературная работа аккумуляторной системы значительно ухудшается, что приводит к снижению выходной мощности и уменьшению запаса хода электромобилей. При зарядке электромобилей в условиях низких температур система управления батареей (BMS) обычно нагревает батарею до подходящей температуры перед зарядкой. При неправильном обращении это может привести к мгновенному перезаряду напряжения, вызывая внутренние короткие замыкания, что, в свою очередь, может привести к задымлению, возгоранию и даже взрыву. Проблемы безопасности низкотемпературной зарядки в аккумуляторных системах электромобилей значительно ограничивают распространение электромобилей в холодных регионах.
терморегулирование батареиЭто одна из важных функций системы управления батареями (BMS), главным образом, обеспечивающая постоянную работу аккумуляторного блока в подходящем температурном диапазоне, тем самым поддерживая его оптимальное рабочее состояние.терморегулирование батарейВ основном это включает в себя такие функции, как охлаждение, нагрев и балансировка температуры. Функции охлаждения и нагрева регулируются главным образом в зависимости от возможного воздействия внешней температуры окружающей среды на батарею. Балансировка температуры используется для уменьшения разницы температур внутри аккумуляторного блока и предотвращения быстрого выхода из строя, вызванного перегревом определенной части батареи.
В целом, способы охлаждения силовых батарей в основном делятся на три категории: воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение и прямое охлаждение. При воздушном охлаждении используется естественный ветер или охлаждающий воздух из салона автомобиля, проходящий через поверхность батареи для теплообмена и охлаждения. При жидкостном охлаждении обычно используются отдельные трубопроводы для подачи охлаждающей жидкости, которые нагревают или охлаждают батареи. В настоящее время этот метод является основным, его используют Tesla и Volt. Система прямого охлаждения исключает наличие трубопроводов охлаждения батареи и напрямую использует хладагент для ее охлаждения.
1. Система воздушного охлаждения:
Ранние силовые батареи, из-за своей малой емкости и плотности энергии, часто охлаждались воздухом. Воздушное охлаждение делится на две категории: естественное воздушное охлаждение и принудительное воздушное охлаждение (с использованием вентиляторов), при котором для охлаждения батареи используется естественный воздух или холодный воздух из кабины.
Типичными представителями систем воздушного охлаждения являются Nissan Leaf, Kia Soul EV и др. В настоящее время 48-вольтовые батареи в 48-вольтовых микрогибридных автомобилях обычно располагаются в салоне и охлаждаются воздухом. Схема воздушного охлаждения определенной батареи показана на рисунке 2. Конструкция системы воздушного охлаждения относительно проста, технология достаточно зрелая, а стоимость относительно низкая. Однако из-за ограниченного теплоотвода воздухом эффективность теплопередачи низкая, а равномерность внутренней температуры батареи плохая, что затрудняет точное регулирование температуры батареи. Поэтому системы воздушного охлаждения, как правило, подходят для ситуаций с малым запасом хода и малым весом автомобиля.
2. Система жидкостного охлаждения
Жидкостное охлаждение подразумевает использование батареей охлаждающей жидкости для теплообмена, принципиальная схема которого показана на рисунке 3. Охлаждающая жидкость делится на два типа: прямой контакт с элементами батареи (силиконовое масло, касторовое масло и т. д.) и контакт с элементами батареи через водные каналы (вода и этиленгликоль и т. д.); в настоящее время обычно используются смешанные растворы воды и этиленгликоля. Системы жидкостного охлаждения, как правило, включают в себя чиллер, соединенный с холодильным циклом, который отводит тепло от батареи с помощью хладагента; его основными компонентами являются компрессор, чиллер иводяной насосКомпрессор, как источник энергии для холодильной установки, определяет теплопередающую способность всей системы. Чиллер участвует в обмене хладагента и охлаждающей жидкости, и количество теплообмена напрямую определяет температуру охлаждающей жидкости. Водяной насос определяет расход охлаждающей жидкости в трубопроводе, и чем выше расход, тем лучше теплопередача, и наоборот.
3. Система прямого охлаждения:
Система прямого охлаждения использует хладагент системы кондиционирования воздуха для непосредственного охлаждения аккумуляторной батареи, как показано на рисунке 11. Испаритель системы кондиционирования воздуха установлен непосредственно в аккумуляторной системе, и хладагент испаряется в испарителе, напрямую отводя тепло, выделяемое аккумуляторной системой, тем самым обеспечивая более быстрый и эффективный процесс охлаждения. В настоящее время существует относительно немного моделей, использующих прямое охлаждение, наиболее типичной из которых является BMW i3. Благодаря отсутствию промежуточного теплообмена между жидкостями, система охлаждения имеет компактную конструкцию, более высокую эффективность охлаждения (в 3-4 раза выше, чем жидкостное охлаждение) и относительно более низкую стоимость. Однако проблема заключается в том, что из-за газожидкостного преобразования хладагента в трубопроводе управление всей системой является относительно сложным, а равномерность температуры — низкой. Кроме того, к системе предъявляются высокие требования по устойчивости к высокому давлению и герметичности, что представляет значительный риск для ее применения в автомобиле в целом.
Дата публикации: 27 марта 2026 г.
