Аккумуляторные батареи, являясь основным источником энергии для электромобилей, имеют огромное значение. В процессе эксплуатации автомобиля батарея подвергается сложным и изменчивым условиям работы.
При низких температурах внутреннее сопротивление литий-ионных батарей увеличивается, а емкость уменьшается. В экстремальных случаях электролит замерзает, и батарея не может быть разряжена. Низкотемпературные характеристики аккумуляторной системы значительно ухудшаются, что приводит к снижению выходной мощности электромобилей, уменьшению запаса хода и снижению энергопотребления. При зарядке электромобилей в условиях низких температур, как правило, система управления батареей (BMS) сначала нагревает батарею до подходящей температуры перед зарядкой. Неправильное обращение с батареей может привести к мгновенному перезаряду напряжения, вызывая внутреннее короткое замыкание, а также дымообразование, возгорание или даже взрыв.
При высоких температурах, если система управления зарядным устройством выйдет из строя, это может вызвать бурную химическую реакцию внутри батареи и привести к выделению большого количества тепла. Если тепло быстро накапливается внутри батареи, не успевая рассеяться, батарея может протекать, выделять газы, дымить и т. д. В тяжелых случаях батарея может сильно загореться и взорваться.
Система терморегулирования батареи (Battery Thermal Management System, BTMS) является основной функцией системы управления батареей. Терморегулирование батареи включает в себя функции охлаждения, нагрева и выравнивания температуры. Функции охлаждения и нагрева в основном регулируются с учетом возможного воздействия внешней температуры окружающей среды на батарею. Выравнивание температуры используется для уменьшения разницы температур внутри батарейного блока и предотвращения быстрого снижения производительности, вызванного перегревом определенной части батареи. Система регулирования с замкнутым контуром состоит из теплопроводящей среды, блока измерения и управления, а также оборудования для контроля температуры, что позволяет батарее работать в подходящем температурном диапазоне для поддержания оптимального рабочего состояния и обеспечения производительности и срока службы батареи.
1. V-образный режим разработки системы терморегулирования
Система терморегулирования, являющаяся компонентом аккумуляторной батареи, также разработана в соответствии с V-образной моделью проектирования, используемой в автомобильной промышленности. Только с помощью инструментов моделирования и большого количества испытаний можно повысить эффективность разработки, снизить затраты на разработку и оптимизировать гарантийное обслуживание. Надежность, безопасность и долговечность гарантированы.
Ниже представлена V-образная модель разработки системы терморегулирования. В общем, модель состоит из двух осей, горизонтальной и вертикальной: горизонтальная ось включает четыре основных направления прямой разработки и одно основное направление обратной проверки, причем основное направление – прямая разработка, учитывающая обратную проверку замкнутого контура; вертикальная ось включает три уровня: компоненты, подсистемы и системы.
Температура батареи напрямую влияет на ее безопасность, поэтому проектирование и исследование системы терморегулирования батареи является одной из важнейших задач при проектировании аккумуляторной системы. Проектирование и проверка системы терморегулирования батареи должны проводиться в строгом соответствии с процессом проектирования системы терморегулирования батареи, типами систем и компонентов терморегулирования, выбором компонентов системы терморегулирования и оценкой ее характеристик. Это необходимо для обеспечения производительности и безопасности батареи.
1. Требования к системе терморегулирования. На основе заданных параметров проектирования, таких как условия эксплуатации транспортного средства, режим работы транспортного средства и температурный диапазон аккумуляторных элементов, проводится анализ потребностей для уточнения требований к системе терморегулирования аккумуляторной батареи; на основе анализа требований определяются функции системы терморегулирования и цели проектирования системы. Эти цели проектирования в основном включают контроль температуры аккумуляторных элементов, разницу температур между аккумуляторными элементами, энергопотребление системы и стоимость.
2. Структура системы терморегулирования. В соответствии с системными требованиями система подразделяется на подсистему охлаждения, подсистему обогрева, подсистему теплоизоляции и подсистему предотвращения теплового разгона (TRo), и определяются проектные требования для каждой подсистемы. Одновременно проводится имитационный анализ для первоначальной проверки проектной конструкции системы. Например,Нагреватель PTC-охладителя, ПТК-воздухонагреватель, электронный водяной насос, и т. д.
3. Проектирование подсистем: сначала определяется цель проектирования каждой подсистемы в соответствии с проектом системы, а затем последовательно осуществляется выбор методов, разработка схемы, детальное проектирование, а также анализ и проверка моделирования для каждой подсистемы.
4. Проектирование компонентов: сначала определяются проектные цели компонентов в соответствии с проектированием подсистемы, а затем проводится детальное проектирование и имитационный анализ.
5. Изготовление и испытание деталей, изготовление деталей, а также испытание и проверка.
6. Интеграция и верификация подсистем, для проверки интеграции и испытаний подсистем.
7. Системная интеграция и тестирование, проверка системной интеграции и тестирования.
Дата публикации: 02.06.2023
