Решения для терморегулирования аккумуляторных систем

Несомненно, температурный фактор оказывает решающее влияние на производительность, срок службы и безопасность аккумуляторных батарей. В целом, мы ожидаем, что аккумуляторная система будет работать в диапазоне 15–35℃, чтобы достичь оптимальной выходной и входной мощности, максимальной доступной энергии и максимально длительного срока службы (хотя хранение при низких температурах может продлить срок службы батареи, в реальных условиях его применение не имеет особого смысла, и в этом отношении батареи очень похожи на людей).

В настоящее время системы терморегулирования аккумуляторных батарей можно разделить на четыре основные категории: естественное охлаждение, воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение и прямое охлаждение. Естественное охлаждение является пассивным методом терморегулирования, в то время как воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение и постоянный ток являются активными. Основное различие между ними заключается в используемой теплообменной среде.

• Естественное охлаждение
В системах естественного охлаждения отсутствуют дополнительные устройства для теплообмена. Например, BYD использует естественное охлаждение в моделях Qin, Tang, Song, E6, Tengshi и других, использующих литий-железо-фосфатные элементы. По имеющейся информации, в следующих моделях BYD перейдет на жидкостное охлаждение для систем, использующих тройные батареи.

• Воздушное охлаждение (Воздушный нагреватель PTC)
Воздушное охлаждение использует воздух в качестве теплоносителя. Существует два распространенных типа. Первый называется пассивным воздушным охлаждением, при котором для теплообмена непосредственно используется внешний воздух. Второй тип — активное воздушное охлаждение, которое позволяет предварительно нагревать или охлаждать наружный воздух перед его поступлением в аккумуляторную систему. На заре своего существования многие японские и корейские электромобили использовали решения с воздушным охлаждением.

· Жидкостное охлаждение
В жидкостном охлаждении в качестве теплоносителя используется антифриз (например, этиленгликоль). Как правило, в таком решении используется несколько различных контуров теплообмена. Например, в системе VOLT есть радиаторный контур, контур кондиционирования воздуха (Системы кондиционирования воздуха PTC), и цепь PTC (Нагреватель охлаждающей жидкости PTCСистема управления батареей реагирует, регулирует и переключается в соответствии со стратегией терморегулирования. В модели TESLA Model S имеется цепь, последовательно соединенная с системой охлаждения двигателя. Когда необходимо нагреть батарею до низкой температуры, цепь охлаждения двигателя соединяется последовательно с цепью охлаждения батареи, и двигатель может нагревать батарею. Когда батарея нагревается до высокой температуры, цепь охлаждения двигателя и цепь охлаждения батареи переключаются в параллельное положение, и обе системы охлаждения рассеивают тепло независимо друг от друга.

1. Газовый конденсатор

2. Вторичный конденсатор

3. Вентилятор вторичного конденсатора

4. Вентилятор газоконденсатора

5. Датчик давления кондиционера (сторона высокого давления)

6. Датчик температуры кондиционера (сторона высокого давления)

7. Электронный компрессор кондиционера

8. Датчик давления кондиционера (сторона низкого давления)

9. Датчик температуры кондиционера (сторона низкого давления)

10. Расширительный клапан (охладитель)

11. Расширительный клапан (испаритель)

· Прямое охлаждение
Прямое охлаждение использует хладагент (фазоизменяющееся вещество) в качестве теплообменной среды. Хладагент способен поглощать большое количество тепла в процессе газожидкостного фазового перехода. По сравнению с обычным хладагентом, эффективность теплопередачи может быть увеличена более чем в три раза, а замена батареи происходит быстрее. Тепло внутри системы отводится. Схема прямого охлаждения была использована в BMW i3.

 

Помимо эффективности охлаждения, схема терморегулирования аккумуляторной системы должна учитывать стабильность температуры всех батарей. Аккумуляторный блок состоит из сотен элементов, и датчик температуры не может измерить температуру каждого элемента. Например, в модуле Tesla Model S находится 444 батареи, но точек измерения температуры всего две. Поэтому необходимо обеспечить максимально стабильную работу батареи за счет проектирования системы терморегулирования. А хорошая стабильность температуры является необходимым условием для стабильных параметров работы батареи, таких как мощность, срок службы и уровень заряда.