Технология за управление на топлината
Термично управление на батерията
Управлението на температурата на батерията е ключов компонент на системата за управление на топлината на електрическите превозни средства. Неговата основна цел е да гарантира, че батерията поддържа подходяща работна температура при различни работни условия, за да се гарантира производителност, безопасност и експлоатационен живот на батерията. Топлинното управление на батерията включва главно два аспекта: разсейване на топлината и отопление. По-долу ще бъдат разгледани подробно различните технически пътища за постигане на тези две функции.
1. Разсейване на топлината на батерията
1) Въздушно охлаждане. Въздушното охлаждане е сравнително прост и евтин метод за разсейване на топлината. Той премахва топлината, генерирана от батерията чрез естествена конвекция или чрез инсталиране на вентилатор за принудителен въздушен поток. Системата за въздушно охлаждане разчита главно на радиатора на повърхността на батерията за топлообмен, което е подходящо за сценарии с ниски изисквания за плътност на мощността или умерена околна температура. Въпреки това, поради малкия специфичен топлинен капацитет на въздуха, ефективността на топлообмена е относително ограничена и способността за бързо охлаждане на батерии с висока мощност и висока енергийна плътност е слаба.
2) Течно охлаждане. Разтворът за течно охлаждане използва охлаждаща течност (като вода, разтвор на етилен гликол и др.) като топлопреносна среда, която е в пряк контакт с батерията през циркулационна тръба за постигане на ефективна топлопроводимост. Системата за течно охлаждане може точно да контролира температурата на батерията, особено за високопроизводителни електрически превозни средства. Докато ефективно предпазва батерията от прегряване, тя гарантира, че температурата на батерията е равномерно разпределена, като по този начин подобрява живота на батерията и цялостната производителност. Течното охлаждане обаче има определени ограничения. Системата за течно охлаждане е по-сложна, има риск от изтичане на течност, има определени изисквания за устойчивост на корозия на материала и разходите за поддръжка се увеличават.
3) Разсейване на топлината на материала с фазова промяна (PCM). Материалите с фазова промяна могат да абсорбират голямо количество латентна топлина по време на процеса на фазов преход твърдо-течно, като по този начин се постига добър ефект на разсейване на топлината. Когато се прилага за управление на топлината на батерията, PCM може да бъде увит около батерията или вграден в модула на батерията, за да абсорбира топлината, когато температурата на батерията се повиши, играейки роля в бавното отделяне на топлина. Предимството на PCM разсейването на топлината е неговите постоянни температурни характеристики, което предотвратява внезапното повишаване на температурата на батерията, но недостатъците също са относително очевидни. Неговата топлопроводимост е сравнително лоша, скоростта на реакция е бавна и цената на материала е висока.
4) Разсейване на топлината от топлинна тръба. Топлинните тръби могат да пренасят топлина, като използват процеса на промяна на фазата на работния флуид без входна външна енергия за постигане на ефективна топлопроводимост. В приложенията за управление на топлината на батерията топлинните тръби могат бързо да прехвърлят топлина от локални горещи точки и да подобрят постоянството на температурата на целия пакет батерии. Топлинните тръби имат предимствата на висока ефективност на топлопренос, малък размер и леко тегло, но тяхната структура е сложна, производствените разходи са сравнително високи и трябва да се обърне внимание на проектирането на подходящ кондензационен край, за да се осигури ефективност на разсейване на топлината.
5) Директно разсейване на топлината при охлаждане. Директното охлаждане се отнася главно до охлаждащата среда (обикновено течност), протичаща директно през модула на батерията или клетката на батерията за ефективен контрол на работната температура на батерията. Този дизайн позволява на повърхността на батерията да разсейва топлината бързо, което е особено подходящо за случаи на висока температура и голямо потребление на енергия. Директното охлаждане обаче има изключително високи изисквания за уплътняване и след като охлаждащата течност изтече, това може да причини сериозни опасности за безопасността.
2. Отопление на батерията
1) PTC отопление. Нагревателят с положителен температурен коефициент (PTC) се основава на ефекта на положителния температурен коефициент, т.е. съпротивлението се увеличава с повишаване на температурата. Следователно, той може да осигури стабилна топлинна мощност в среда с ниска температура, като същевременно автоматично ограничава собствената си температура от твърде висока. PTC отоплението се използва широко в електрическите превозни средства за комфорт, като отопление на седалките и спомагателно отопление на климатичната система в автомобила. Благодарение на своите саморегулиращи се характеристики, той може да осигури стабилни и ефективни топлинни ефекти, като същевременно избягва проблеми, причинени от прегряване. Това е ефективна отоплителна технология. PTC отоплението обаче е електрическо отопление, което ще увеличи общата консумация на енергия на електрическите превозни средства и ще намали обхвата на шофиране.
2) Термопомпено отопление. Термопомпената климатична система абсорбира нискотемпературна топлина от външната среда чрез обратния цикъл на Карно и я пренася към батерията и кабината чрез процеса на компресиране и освобождаване на топлина. В сравнение с традиционните PTC методи за отопление, термопомпите са по-енергийно ефективни в среда с ниска температура и спомагат за поддържане на ефективността на автомобила. Дизайнът и работата на термопомпените системи обаче са по-сложни, особено при условия на екстремни ниски температури, където тяхната производителност ще намалее. Поради тази причина някои проучвания предлагат иновативни технологии като инжектиране на въздух и термопомпи с двоен източник за оптимизиране на работата на термопомпата при ниски температури на околната среда.
