1. Характеристики литиевых батарей для транспортных средств на новых источниках энергии.
Литиевые батареи обладают главными преимуществами низкого саморазряда, высокой плотности энергии, большого количества циклов зарядки/разрядки и высокой эффективности работы. Использование литиевых батарей в качестве основного источника питания для электромобилей эквивалентно получению хорошего источника энергии. Поэтому в составе основных компонентов электромобилей литий-ионный аккумуляторный блок, включающий литий-ионные элементы, стал его важнейшим компонентом и ключевой частью, обеспечивающей питание. В процессе работы литиевых батарей существуют определенные требования к окружающей среде. Согласно экспериментальным результатам, оптимальная рабочая температура поддерживается в диапазоне от 20°C до 40°C. Как только температура вокруг батареи превышает установленный предел, производительность литиевой батареи значительно снижается, а срок ее службы резко сокращается. Из-за слишком низкой температуры вокруг литиевой батареи конечная разрядная емкость и разрядное напряжение отклоняются от заданного стандарта, и происходит резкое падение.
Если температура окружающей среды слишком высока, вероятность теплового разгона литиевой батареи значительно возрастает, и внутреннее тепло будет накапливаться в определенных местах, вызывая серьезные проблемы с перегревом. Если эта часть тепла не может плавно отводиться, а вместе с этим увеличивается время работы литиевой батареи, она становится подвержена взрыву. Эта опасность представляет серьезную угрозу для безопасности персонала, поэтому литиевые батареи должны использовать электромагнитные охлаждающие устройства для повышения безопасности всего оборудования во время работы. Таким образом, при контроле температуры литиевых батарей исследователи должны рационально использовать внешние устройства для отвода тепла и контролировать оптимальную рабочую температуру литиевых батарей. После того, как контроль температуры достигнет соответствующих стандартов, безопасность эксплуатации электромобилей вряд ли окажется под угрозой.
2. Механизм тепловыделения литиевой батареи электромобиля.
Хотя эти батареи могут использоваться в качестве источников питания, в процессе практического применения различия между ними становятся более очевидными. Некоторые батареи имеют существенные недостатки, поэтому производителям электромобилей следует тщательно выбирать. Например, свинцово-кислотная батарея обеспечивает достаточное питание для среднего звена, но во время эксплуатации наносит значительный ущерб окружающей среде, который впоследствии будет необратимым. Поэтому, в целях защиты экологической безопасности, в стране свинцово-кислотные батареи включены в список запрещенных. В период развития никель-металл-гидридные батареи получили хорошие возможности, технологии их разработки постепенно созрели, и сфера применения также расширилась. Однако по сравнению с литиевыми батареями их недостатки несколько более очевидны. Например, обычным производителям батарей сложно контролировать себестоимость производства никель-металл-гидридных батарей. В результате цена никель-водородных батарей на рынке остается высокой. Некоторые производители электромобилей, стремящиеся к оптимальному соотношению цены и качества, вряд ли будут рассматривать их в качестве автозапчастей. Что еще более важно, никель-металлгидридные батареи гораздо более чувствительны к температуре окружающей среды, чем литиевые, и с большей вероятностью могут загореться при высоких температурах. После многочисленных сравнений литиевые батареи оказались предпочтительнее и в настоящее время широко используются в транспортных средствах на новых источниках энергии.
Причина, по которой литиевые батареи могут обеспечивать энергией электромобили, заключается именно в наличии активных материалов в их положительном и отрицательном электродах. В процессе непрерывного внедрения и извлечения материалов получается большое количество электрической энергии, которая затем, согласно принципу преобразования энергии, обменивается между электрической и кинетической энергией, обеспечивая тем самым мощную энергию для электромобилей и позволяя им передвигаться на автомобиле. Одновременно с этим, в процессе химической реакции в литий-ионном аккумуляторе происходит поглощение и выделение тепла для преобразования энергии. Кроме того, атомы лития не статичны, они могут непрерывно перемещаться между электролитом и мембраной, что приводит к возникновению внутреннего поляризационного сопротивления.
Теперь тепло также будет отводиться соответствующим образом. Однако температура вокруг литиевой батареи электромобилей слишком высока, что может легко привести к разрушению положительного и отрицательного сепараторов. Кроме того, литиевая батарея электромобиля состоит из нескольких батарейных блоков. Тепло, выделяемое всеми батарейными блоками, значительно превышает тепло, выделяемое отдельной батареей. Когда температура превышает заданное значение, батарея становится крайне подвержена взрыву.
3. Ключевые технологии системы терморегулирования батареи
Системы управления батареями электромобилей привлекают к себе большое внимание как в стране, так и за рубежом, в рамках которых проводится ряд исследований и получены значительные результаты. В данной статье основное внимание будет уделено точной оценке остаточной мощности батареи в системах терморегулирования, управлению балансом батареи и ключевым технологиям, применяемым в этих системах.система терморегулирования.
3.1 Метод оценки остаточной мощности системы терморегулирования батареи
Исследователи вложили много энергии и кропотливых усилий в оценку состояния заряда (SOC), в основном используя научные алгоритмы обработки данных, такие как метод интеграла ампер-часов, метод линейной модели, метод нейронных сетей и метод фильтра Калмана, для проведения большого количества имитационных экспериментов. Однако при применении этого метода часто возникают ошибки вычислений. Если ошибка не будет исправлена вовремя, разрыв между результатами вычислений будет становиться все больше и больше. Чтобы компенсировать этот недостаток, исследователи обычно комбинируют метод оценки Анши с другими методами для взаимной проверки, чтобы получить наиболее точные результаты. Имея точные данные, исследователи могут точно оценить ток разряда батареи.
3.2 Сбалансированное управление системой терморегулирования батареи
Система управления балансировкой в системе терморегулирования батареи в основном используется для координации напряжения и мощности каждой части батареи. При использовании разных батарей в разных частях батареи мощность и напряжение будут различаться. В этом случае необходимо использовать систему управления балансировкой для устранения несоответствия между ними. В настоящее время наиболее распространенной технологией управления балансировкой является
В основном, эквализация делится на два типа: пассивная и активная. С точки зрения применения, принципы работы этих двух типов методов эквализации существенно различаются.
(1) Пассивная балансировка. Принцип пассивного выравнивания основан на пропорциональной зависимости между мощностью и напряжением батареи, исходя из данных напряжения одной цепочки батарей, а преобразование этих двух величин обычно осуществляется посредством резистивного разряда: энергия мощной батареи генерирует тепло за счет резистивного нагрева, которое затем рассеивается в воздухе для достижения цели потери энергии. Однако этот метод выравнивания не повышает эффективность использования батареи. Кроме того, если теплоотвод неравномерный, батарея не сможет выполнить задачу терморегулирования из-за проблемы перегрева.
(2) Активная балансировка. Активная балансировка — это усовершенствованный продукт пассивной балансировки, компенсирующий её недостатки. С точки зрения принципа реализации, принцип активной балансировки не относится к принципу пассивной балансировки, а использует совершенно новую концепцию: активная балансировка не преобразует электрическую энергию батареи в тепловую энергию и не рассеивает её, так что энергия, накопленная в батарее, передаётся батарее с низкой энергией. Более того, такой способ передачи не нарушает закон сохранения энергии и обладает преимуществами низких потерь, высокой эффективности использования и быстрых результатов. Однако структура системы управления балансировкой относительно сложна. Если точка балансировки не контролируется должным образом, это может привести к необратимому повреждению аккумуляторной батареи из-за её чрезмерных размеров. В целом, как активная, так и пассивная балансировка имеют свои недостатки и преимущества. В конкретных приложениях исследователи могут делать выбор в зависимости от емкости и количества цепочек литий-ионных аккумуляторных батарей. Литиевые аккумуляторные батареи малой емкости и малого количества элементов подходят для пассивного управления выравниванием заряда, а литиевые аккумуляторные батареи большой емкости и большой мощности — для активного управления выравниванием заряда.
3.3 Основные технологии, используемые в системе терморегулирования батареи
(1) Определить оптимальный диапазон рабочих температур батареи. Система терморегулирования в основном используется для координации температуры вокруг батареи, поэтому для обеспечения эффективности применения системы терморегулирования ключевые технологии, разработанные исследователями, в основном используются для определения рабочей температуры батареи. Пока температура батареи поддерживается в соответствующем диапазоне, литиевая батарея всегда может находиться в оптимальном рабочем состоянии, обеспечивая достаточное питание для работы электромобилей. Таким образом, характеристики литиевых батарей электромобилей всегда могут быть в отличном состоянии.
(2) Расчет теплового диапазона батареи и прогнозирование температуры. Эта технология включает в себя большое количество математических модельных расчетов. Ученые используют соответствующие методы расчета для получения разницы температур внутри батареи и используют это в качестве основы для прогнозирования возможного теплового поведения батареи.
(3) Выбор теплоносителя. Превосходные характеристики системы терморегулирования зависят от выбора теплоносителя. В большинстве современных электромобилей в качестве теплоносителя используется воздух/охлаждающая жидкость. Этот метод охлаждения прост в эксплуатации, имеет низкую себестоимость производства и позволяет эффективно отводить тепло от батареи.Воздушный нагреватель PTC/Нагреватель охлаждающей жидкости PTC)
(4) Применение параллельной конструкции вентиляции и теплоотвода. Конструкция вентиляции и теплоотвода между литий-ионными аккумуляторными блоками позволяет расширить поток воздуха, обеспечивая его равномерное распределение между аккумуляторными блоками, эффективно решая проблему разницы температур между аккумуляторными модулями.
(5) Выбор точки измерения вентилятора и температуры. В этом модуле исследователи использовали большое количество экспериментов для проведения теоретических расчетов, а затем применили методы гидродинамики для получения значений потребляемой мощности вентилятора. После этого исследователи использовали метод конечных элементов для поиска наиболее подходящей точки измерения температуры, чтобы точно получить данные о температуре батареи.
Дата публикации: 10 сентября 2024 г.
