терморегулирование батареи
В процессе работы батареи температура оказывает значительное влияние на ее характеристики. Слишком низкая температура может привести к резкому снижению емкости и мощности батареи, а также к короткому замыканию. Важность терморегулирования батареи становится все более очевидной, поскольку слишком высокая температура может привести к ее разложению, коррозии, возгоранию или даже взрыву. Рабочая температура батареи является ключевым фактором, определяющим ее производительность, безопасность и срок службы. С точки зрения производительности, слишком низкая температура приведет к снижению активности батареи, что повлечет за собой снижение эффективности заряда и разряда, а также резкое снижение емкости. Сравнение показало, что при снижении температуры до 10 °C емкость разряда батареи составляла 93% от емкости при нормальной температуре; однако при снижении температуры до -20 °C емкость разряда батареи составляла всего 43% от емкости при нормальной температуре.
Исследования Ли Цзюньцю и других показали, что с точки зрения безопасности, при слишком высокой температуре ускоряются побочные реакции батареи. При температуре, близкой к 60 °C, внутренние материалы/активные вещества батареи начинают разлагаться, что приводит к «тепловому разгону», вызывая резкое повышение температуры, вплоть до 400–1000 °C, и, как следствие, возгорание и взрыв. При слишком низкой температуре необходимо поддерживать более низкую скорость зарядки батареи, иначе это приведет к разложению лития и возникновению внутреннего короткого замыкания, которое может вызвать возгорание.
С точки зрения срока службы батареи, влияние температуры на этот срок нельзя игнорировать. Осаждение лития в батареях, подверженных зарядке при низких температурах, приводит к быстрому сокращению срока службы батареи в десятки раз, а высокая температура значительно влияет на срок службы и количество циклов зарядки/разрядки батареи. Исследование показало, что при температуре 23 ℃ срок службы батареи с 80% остаточной емкости составляет около 6238 дней, но при повышении температуры до 35 ℃ — около 1790 дней, а при температуре 55 ℃ — всего 272 дня, то есть около 6238 дней.
В настоящее время, из-за финансовых и технических ограничений, управление тепловым режимом батарей (БТМСИспользование проводящих сред в жидкостном охлаждении не унифицировано и может быть разделено на три основных технических направления: воздушное охлаждение (активное и пассивное), жидкостное охлаждение и фазоизменяющиеся материалы (PCM). Воздушное охлаждение относительно простое, не сопряжено с риском утечек и экономично. Оно подходит для начального этапа разработки литий-железо-фосфатных (LFP) батарей и малогабаритных автомобилей. Эффект жидкостного охлаждения лучше, чем воздушного, но стоимость выше. По сравнению с воздухом, жидкая охлаждающая среда обладает такими характеристиками, как большая удельная теплоемкость и высокий коэффициент теплопередачи, что эффективно компенсирует технический недостаток низкой эффективности воздушного охлаждения. В настоящее время это основная оптимизация для легковых автомобилей. Чжан Фубин в своих исследованиях отметил, что преимуществом жидкостного охлаждения является быстрое рассеивание тепла, что обеспечивает равномерную температуру батарейного блока и подходит для батарейных блоков с большим тепловыделением; недостатками являются высокая стоимость, строгие требования к упаковке, риск утечки жидкости и сложная конструкция. Фазоизменяющиеся материалы обладают как эффективностью теплообмена, так и преимуществами в стоимости, а также низкими затратами на техническое обслуживание. Современные технологии все еще находятся на лабораторной стадии. Технология терморегулирования с использованием материалов с фазовым переходом еще не полностью зрелая, и это наиболее перспективное направление развития терморегулирования батарей в будущем.
В целом, жидкостное охлаждение в настоящее время является основным технологическим направлением, главным образом по следующим причинам:
(1) С одной стороны, современные тройные батареи с высоким содержанием никеля обладают худшей термической стабильностью, чем литий-железо-фосфатные батареи, более низкой температурой теплового разгона (температура разложения: 750 °C для литий-железо-фосфатных батарей, 300 °C для тройных литиевых батарей) и более высоким тепловыделением. С другой стороны, новые технологии применения литий-железо-фосфатных батарей, такие как ленточные батареи BYD и батареи CTP эпохи Нинде, исключают использование модулей, улучшают использование пространства и плотность энергии, а также способствуют дальнейшему переходу от технологии воздушного охлаждения к технологии жидкостного охлаждения в управлении тепловыми процессами батарей.
(2) Под влиянием рекомендаций по сокращению субсидий и беспокойства потребителей по поводу запаса хода электромобилей запас хода продолжает расти, а требования к плотности энергии батарей становятся все выше. Повышается спрос на технологию жидкостного охлаждения с более высокой эффективностью теплопередачи.
(3) Модели развиваются в направлении моделей среднего и высокого ценового сегмента, с достаточным бюджетом, стремлением к комфорту, низкой отказоустойчивостью компонентов и высокой производительностью, а решение с жидкостным охлаждением больше соответствует этим требованиям.
Независимо от того, идет ли речь о традиционном автомобиле или о транспортном средстве на новых источниках энергии, требования потребителей к комфорту постоянно растут, и технологии терморегулирования в салоне приобретают особое значение. Что касается методов охлаждения, то вместо обычных компрессоров используются электрические, а батареи обычно подключаются к системам кондиционирования воздуха. В традиционных автомобилях в основном используется наклонная шайба, в то время как в транспортных средствах на новых источниках энергии — вихревая. Этот метод отличается высокой эффективностью, малым весом, низким уровнем шума и высокой совместимостью с электроприводом. Кроме того, он имеет простую конструкцию, стабильную работу и на 60% более высокую объемную эффективность по сравнению с наклонной шайбой. Что касается методов отопления, то используется PTC-нагрев (ПТК-воздухонагреватель/PTC-нагреватель охлаждающей жидкости) необходим, а электромобили не имеют бесплатных источников тепла (таких как охлаждающая жидкость двигателя внутреннего сгорания).
Дата публикации: 07.07.2023
