تجزیه و تحلیل فناوری مدیریت حرارتی باتری های قدرت
خودروهای برقی خالص
1 خنک کننده باتری
به طور کلی، سه روش خنک کننده اصلی برای باتری های برق وسایل نقلیه الکتریکی خالص وجود دارد: خنک کننده هوا، خنک کننده مایع و خنک کننده مستقیم.
1) فن آوری خنک کننده هوا (خنک کننده هوا) از باد طبیعی یا هوای سرد تولید شده توسط سیستم تبرید وسیله نقلیه برای حذف گرما از طریق همرفت گرما یا هدایت گرما برای رسیدن به هدف خنک سازی باتری استفاده می کند. فن آوری خنک کننده هوا دارای ویژگی های سیستم ساده، هزینه کم و تعمیر و نگهداری آسان است و به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.
2) فناوری خنک کننده مایع از مایع به عنوان یک واسطه انتقال حرارت استفاده می کند. هنگامی که مایع از طریق لوله های داخل باتری برق جریان می یابد، گرما را از بین می برد. مایع مورد استفاده در خنک کننده مایع بیشتر خنک کننده است که در سیستم خنک کننده خودرو به گردش در می آید. گرمای گرفته شده توسط مایع خنک کننده از طریق رادیاتور در هوا پخش می شود. برخی از خودروها دارای مبدل حرارتی به نام چیلر در سیستم خنک کننده هستند تا سیستم خنک کننده خودرو و سیستم تبرید را به هم متصل کند تا اثر خنک کننده سیستم افزایش یابد. در مقایسه با فناوری خنک کننده هوا، فناوری خنک کننده مایع دارای ویژگی های ظرفیت خنک کننده قوی، یکنواختی خوب و سرعت سریع است.
3) فناوری خنک کننده مستقیم از مبرد موجود در سیستم تبرید برای از بین بردن مستقیم گرمای باتری برق استفاده می کند و سپس یک شیر انبساط و اواپراتور را در داخل باتری برق نصب می کند. مبرد در اواپراتور تبخیر می شود تا گرما را جذب کند. از آنجایی که فناوری خنک کننده مستقیم مبدل حرارتی در فناوری خنک کننده مایع ندارد، خنک کننده مستقیم کارآمدتر است. با این حال، هنگامی که باتری برق خنک می شود، بخشی از مبرد در سیستم تبرید باید منحرف شود، که بر اثر خنک کننده محفظه سرنشین تأثیر می گذارد و راحتی را کاهش می دهد.
2 گرمایش باتری
دو نوع اصلی از فنآوریهای گرمایش باتری برق وجود دارد: خود گرمایش باتری و استفاده از عناصر گرمایش خارجی. خودگرم شدن باتری همانطور که از نامش پیداست از گرمای تولید شده توسط باتری در هنگام شارژ و دشارژ برای افزایش دمای باتری استفاده می کند، اما این روش بازده گرمایش کندی دارد و اساسا کنار گذاشته شده است.
استفاده از المنت های گرمایش خارجی عمدتاً از فیلم های گرمایشی و PTC استفاده می کند. فیلم گرمایش به سطح ماژول باتری نزدیک است و هنگام روشن شدن، برای افزایش دمای باتری گرما تولید می کند. روش گرمایش باتری مشابه روش سرمایش است و همچنین سه نوع گرمایش هوا، گرمایش آب و گرمایش مستقیم مبرد وجود دارد.
3 سیستم مدیریت حرارتی
هنگام خنک کردن و گرم کردن باتری، روش های مختلفی را می توان به طور مستقل انتخاب کرد، اما با افزایش و افزایش ادغام خودروها، نیازهای بالاتری نیز برای سیستم مدیریت حرارتی خودرو مطرح می شود. بنابراین، یک سیستم مدیریت حرارتی که می تواند هم خنک کننده باتری و هم گرمایش باتری را درک کند، پدید آمده است. برخی از خودروها حتی یک سیستم مدیریت حرارتی بسیار یکپارچه با استفاده از تهویه مطبوع پمپ حرارتی ایجاد کردهاند که به طور ارگانیک سه سیستم اصلی سیستم خنککننده خودرو، خنککننده/گرمایش باتری نیرو، و سرمایش و گرمایش محفظه سرنشینان را ترکیب میکند.
معماری سیستم مدیریت حرارتی
معماری سیستم مدیریت حرارتی یک وسیله نقلیه الکتریکی خالص در شکل 1 نشان داده شده است. این سیستم مدیریت حرارتی از سیستم های تهویه مطبوع پمپ حرارتی استفاده می کند تا خنک کننده و گرمایش مستقیم باتری ها، خنک کننده سیستم محرک الکتریکی، و سرمایش و گرمایش را درک کند. محفظه مسافر در مدار درایو الکتریکی، یک مدار خنک کننده آب جداگانه تنظیم شده است که از طریق یک مبدل حرارتی صفحه ای برای انتقال حرارت به سیستم پمپ حرارتی متصل می شود، که می تواند عملکردهای بازیابی گرمای هدر رفته و گرمایش را انجام دهد. در زمستان سرد، به منظور حل مشکل اثر گرمایش ضعیف کولرهای گازی پمپ حرارتی، PTC برای افزایش اثر گرمایش محفظه مسافر مطابقت داده می شود. این سیستم مدیریت حرارتی می تواند نیازهای سرمایش و گرمایش را در حالت های مختلف برآورده کند.
اصل سیستم مدیریت حرارتی
از آنجایی که سیستم دارای چندین حالت کار می باشد، این مقاله تنها به معرفی اصل کارکرد حالت های سرمایش و گرمایش باتری یا محفظه مسافر می پردازد.
1) اصل خنک کننده باتری. هنگامی که دمای باتری برق بالا است و نیاز به خنک شدن دارد، شیر برقی تبرید تهویه مطبوع، شیر برقی تبادل حرارت هوا، شیر انبساط الکترونیکی باتری و شیر برقی خنک کننده باتری در سیستم باز می شوند (شیر برقی گرمایش باتری بسته است). هنگامی که مبرد از طریق شیر انبساط الکترونیکی باتری جریان می یابد، از طریق دریچه گاز منبسط می شود، تبخیر می شود و گرما را در مبدل حرارتی صفحه بسته باتری جذب می کند و برای رسیدن به هدف خنک سازی باتری، گرما را از بین می برد. اگر محفظه سرنشین نیز در این زمان نیاز به سرمایش دارد، فقط شیر انبساط الکترونیکی خنک کننده را باز کنید (شیر برقی گرمایش تهویه مطبوع را ببندید) و بخشی از مبرد تبخیر شده و گرما را در اواپراتور داخل خودرو جذب می کند تا خنک شدن محفظه سرنشین به دست آید.
2) اصل گرمایش باتری برق. هنگامی که دمای باتری پایین است و نیاز به گرم شدن دارد، شیر برقی گرمایش باتری، شیر انبساط الکترونیکی باتری، شیر برقی تبادل حرارت منبع آب و شیر برقی گرمایش تهویه مطبوع در سیستم باز می شوند (شیر انبساط الکترونیکی گرمایش، تهویه مطبوع شیر برقی خنک کننده، شیر برقی تبادل حرارت هوا، و شیر انبساط الکترونیکی خنک کننده بسته هستند)، و مبرد با دمای بالا فشرده شده توسط کمپرسور از طریق مبدل حرارتی صفحه بسته باتری جریان می یابد تا باتری با دمای پایین را گرم کند. پس از گرم شدن، دمای مبرد کاهش مییابد، از طریق مبدل حرارتی صفحه جریان مییابد، گرما را از مدار محرک الکتریکی جذب میکند و بازیابی گرمای اتلاف را متوجه میشود. اگر محفظه سرنشین نیز در این زمان نیاز به گرم کردن دارد، فقط شیر انبساط الکترونیکی گرمایش را باز کنید و بخشی از مبرد با دمای بالا از کندانسور در ماشین جریان مییابد، گرما را به محفظه سرنشین آزاد میکند و سپس با باتری ادغام میشود. گرمایش مبرد در مقابل مبدل حرارتی صفحه برای ادامه شرکت در چرخه. اگر دمای محیط بسیار پایین باشد، سیستم PTC را روشن می کند تا به گرم کردن محفظه سرنشین کمک کند.
