Аккумуляторные батареи, являясь основным источником питания для электромобилей, имеют огромное значение. В процессе эксплуатации батарея подвергается сложным и изменчивым условиям работы. Для увеличения дальности хода необходимо разместить как можно больше батарей на определенной площади, поэтому пространство для аккумуляторного блока в автомобиле очень ограничено. Батарея выделяет много тепла во время работы автомобиля и со временем накапливается в относительно небольшом объеме. Из-за плотного расположения ячеек в аккумуляторном блоке также относительно сложно рассеивать тепло в центральной части, что усугубляет температурные колебания между ячейками, снижает эффективность зарядки и разрядки батареи и влияет на ее мощность; это может привести к тепловому разгону и повлиять на безопасность и срок службы системы.
Температура аккумуляторной батареи оказывает значительное влияние на её производительность, срок службы и безопасность. При низких температурах внутреннее сопротивление литий-ионных батарей увеличивается, а емкость снижается. В экстремальных случаях электролит замерзает, и батарея не может быть разряжена. Низкотемпературная работа аккумуляторной системы значительно ухудшается, что приводит к снижению выходной мощности электромобилей, уменьшению запаса хода и снижению дальности хода. 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. Проблема безопасности низкотемпературной зарядки аккумуляторных систем электромобилей в значительной степени ограничивает распространение электромобилей в холодных регионах.
Терморегулирование батареи — одна из важных функций системы управления батареей (BMS), которая в основном обеспечивает поддержание оптимального температурного режима работы батареи в любое время, чтобы поддерживать ее в наилучшем рабочем состоянии. Терморегулирование батареи включает в себя функции охлаждения, нагрева и выравнивания температуры. Функции охлаждения и нагрева регулируются с учетом возможного влияния внешней температуры окружающей среды на батарею. Выравнивание температуры используется для уменьшения разницы температур внутри батареи и предотвращения быстрого снижения производительности из-за перегрева определенной части батареи.
В целом, способы охлаждения силовых батарей в основном делятся на три категории: воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение и прямое охлаждение. В режиме воздушного охлаждения естественный ветер или охлаждающий воздух в салоне автомобиля обдувают поверхность батареи, обеспечивая теплообмен и охлаждение. Жидкостное охлаждение обычно использует отдельный трубопровод для подачи охлаждающей жидкости, который нагревает или охлаждает батарею. В настоящее время этот метод является основным. Например, Tesla и Volt используют именно его. Система прямого охлаждения исключает использование трубопровода для охлаждения батареи и напрямую использует хладагент для её охлаждения.
1. Система воздушного охлаждения:
В ранних энергетических батареях, из-за их малой емкости и плотности энергии, многие батареи охлаждались воздухом. Воздушное охлаждение (Воздушный нагреватель PTCСистема охлаждения делится на две категории: естественное воздушное охлаждение и принудительное воздушное охлаждение (с использованием вентилятора), при этом для охлаждения батареи используется естественный ветер или холодный воздух в кабине.
Типичными представителями систем воздушного охлаждения являются Nissan Leaf, Kia Soul EV и др.; в настоящее время 48-вольтовые батареи 48-вольтовых микрогибридных автомобилей обычно располагаются в салоне и охлаждаются воздухом. Конструкция системы воздушного охлаждения относительно проста, технология достаточно зрелая, а стоимость низкая. Однако из-за ограниченного отвода тепла воздухом эффективность теплообмена низкая, равномерность внутренней температуры батареи недостаточна, и трудно добиться более точного контроля температуры батареи. Поэтому система воздушного охлаждения, как правило, подходит для ситуаций с малым запасом хода и малым весом автомобиля.
Стоит отметить, что для системы воздушного охлаждения конструкция воздуховода играет жизненно важную роль в эффективности охлаждения. Воздуховоды в основном делятся на последовательные и параллельные. Последовательная конструкция проще, но имеет большое сопротивление; параллельная конструкция сложнее и занимает больше места, но обеспечивает более равномерное рассеивание тепла.
2. Система жидкостного охлаждения
Режим жидкостного охлаждения означает, что батарея использует охлаждающую жидкость для теплообмена.Нагреватель охлаждающей жидкости PTCОхлаждающая жидкость может быть двух типов: непосредственно контактирующая с аккумуляторной ячейкой (силиконовое масло, касторовое масло и т. д.) и контактирующая с аккумуляторной ячейкой через водяные каналы (вода и этиленгликоль и т. д.); в настоящее время чаще используется смешанный раствор воды и этиленгликоля. Жидкостная система охлаждения обычно включает в себя чиллер, соединенный с холодильным циклом, и тепло от батареи отводится с помощью хладагента; ее основными компонентами являются компрессор, чиллер иэлектрический водяной насосКомпрессор, являясь источником энергии для холодильной установки, определяет теплообменную способность всей системы. Чиллер выступает в роли теплообменника между хладагентом и охлаждающей жидкостью, и количество теплообмена напрямую определяет температуру охлаждающей жидкости. Водяной насос определяет расход хладагента в трубопроводе. Чем выше расход, тем лучше теплопередача, и наоборот.
Дата публикации: 09.08.2024
