وضعیت فعلی فناوری مدیریت حرارتی برای سیستم باتری خودروهای الکتریکی

وضعیت فعلی فناوری مدیریت حرارتی برای سیستم باتری خودروهای الکتریکی

تحقیقات مربوط به اتلاف حرارت باتری های برق را می توان به اتلاف گرمای هوا، اتلاف گرمای خنک کننده مایع، اتلاف حرارت مواد تغییر فاز جامد و اتلاف حرارت لوله حرارتی تقسیم کرد. فن آوری های اصلی اتلاف گرمای موجود عمدتاً سه مورد قبلی هستند.

سیستم خنک کننده هوا

سیستم اتلاف حرارت با هوا خنک، سیستم دفع حرارت هوا خنک نیز نامیده می شود. روش اتلاف حرارت با هوا خنک ساده ترین است. فقط باید اجازه دهد هوا در سطح باتری جریان یابد تا گرمای تولید شده توسط باتری برق را از بین ببرد تا به هدف خنک کردن بسته باتری قدرت برسد. با توجه به اقدامات مختلف تهویه، نوع هوا خنک دارای دو روش اتلاف گرمای جابجایی طبیعی و اتلاف حرارت تهویه اجباری است.

اتلاف گرمای جابجایی طبیعی به اقدامات تهویه اجباری خارجی (مانند افزودن فن ها و غیره) متکی نیست، بلکه تنها از جریان هوای تولید شده توسط سیال داخل بسته باتری به دلیل تغییرات دما برای خنک کردن و دفع گرما استفاده می کند.

سیستم خنک‌کننده همرفت اجباری یک سیستم خنک‌کننده مبتنی بر سیستم خنک‌کننده همرفت طبیعی به‌علاوه فناوری تهویه اجباری مربوطه است.

در حال حاضر، عمدتاً دو نوع سیستم اتلاف حرارت هوا خنک برای باتری‌های قدرت وجود دارد: سری و موازی. با این حال، اثر این روش ضعیف است و دستیابی به یکنواختی دمای بالای باتری دشوار است.

سیستم خنک کننده مایع

سیستم اتلاف گرمای خنک‌شده با مایع باتری قدرت به سیستم اتلاف گرما اشاره دارد که در آن مبرد به طور مستقیم یا غیرمستقیم با باتری برق تماس می‌گیرد و سپس گرمای تولید شده در بسته باتری را از طریق گردش سیال مایع می‌گیرد تا به اتلاف گرما برسد. . مبرد می تواند آب، مخلوطی از آب و اتیلن گلیکول، روغن معدنی، R134a و غیره باشد. این مبردها رسانایی حرارتی بالایی دارند و می توانند به اتلاف حرارت بهتری دست یابند.

فن آوری خنک کننده مایع فعلی باتری های قدرت نیز دارای یک فناوری نسبتاً بالغ است و به طور گسترده در سیستم اتلاف گرما وسایل نقلیه الکتریکی استفاده شده است. به عنوان مثال، بسته باتری تسلا از یک روش خنک کننده مایع از مخلوط آب و اتیلن گلیکول برای دفع گرما استفاده می کند. BMW i3 از R134a برای دفع گرما استفاده می کند.

سیستم‌های خنک‌کننده مایع اغلب به طراحی‌های ساختاری پیچیده‌تر و دقیق‌تری برای جلوگیری از نشت مبرد مایع و اطمینان از یکنواختی سلول‌های باتری در بسته باتری نیاز دارند، و ساختار پیچیده سیستم خنک‌کننده مایع نیز باعث می‌شود که کل سیستم دفع گرما به آن تبدیل شود. بسیار حجیم است که نه تنها وزن کل وسیله نقلیه را افزایش می دهد، بلکه بار کل وسیله نقلیه را تا حد زیادی افزایش می دهد و در عین حال به دلیل پیچیدگی ساختار و عملکرد آب بندی بالا، نگهداری آن نسبتاً دشوار است. و سیستم خنک کننده مایع را حفظ کنید و هزینه نگهداری نیز بر این اساس افزایش می یابد.

سیستم خنک کننده مواد تغییر فاز

سیستم اتلاف حرارت مواد تغییر فاز، از مواد تغییر فاز به عنوان واسطه انتقال حرارت استفاده می‌کند و از ویژگی‌های ماده تغییر فاز برای ذخیره و آزادسازی انرژی زمانی که تغییر فاز رخ می‌دهد برای دستیابی به اثر گرمایش در دمای پایین و دمای بالا استفاده می‌کند. اتلاف گرما برای باتری برق با این حال، هدایت حرارتی مواد تغییر فاز نسبتا کم است. به منظور تغییر عیوب ذاتی مواد، افراد برخی از مواد فلزی را در مواد تغییر فاز پر می کنند. به عنوان مثال، در برخی از مطالعات، صفحات آلومینیومی بسیار نازک برای بهبود هدایت حرارتی در مواد تغییر فاز پر می‌شوند. هدف از. به منظور بهبود رسانایی حرارتی مواد تغییر فاز، پر کردن الیاف کربن، نانولوله‌های کربنی و غیره در مواد تغییر فاز نیز پیشنهاد شده است.

سیستم خنک کننده لوله حرارتی

به عنوان یک عنصر رسانای گرما کارآمد، یک لوله حرارتی می تواند به سرعت و کارآمد انرژی گرمایی را از یک مکان به مکان دیگر منتقل کند، یعنی می تواند به سرعت و به طور موثر گرما را بین دو جسم انتقال دهد.

در سیستم مدیریت حرارتی وسایل نقلیه الکتریکی، بسیاری از محققان در داخل و خارج از کشور نیز از لوله گرما، یک عنصر رسانای گرما، برای اتلاف حرارت باتری‌های نیرو استفاده کرده‌اند. در مقایسه با سیستم اتلاف گرما با جابجایی اجباری سنتی، در سیستم اتلاف گرما که لوله‌های حرارتی را معرفی می‌کند، باتری قدرت نه تنها می‌تواند محدوده دمایی عملکرد عادی را حفظ کند، بلکه یکنواختی دما را در بین سلول‌های باتری حفظ می‌کند، که خنک‌کننده اجباری است. . اثری که سیستم خنک کننده نمی تواند به آن دست یابد. با این حال، جرم و حجم آن بسیار زیاد است و محدودیت انتقال حرارت وجود دارد.

سیستم گرمایش باتری خودروهای برقی

چهار روش برای دفع گرما از باتری در بالا معرفی شده است و سپس روش گرمایش برای تطبیق باتری با محیط دمای پایین معرفی می شود.

سیستم گرمایش عمدتاً از عناصر و مدارهای گرمایشی تشکیل شده است که در این میان عنصر گرمایش مهمترین بخش است. عناصر گرمایش رایج شامل عناصر گرمایش با مقاومت متغیر و عناصر گرمایش با مقاومت ثابت هستند. اولی معمولا PTC (ضریب دمای مثبت) نامیده می شود، و دومی یک فیلم گرمایشی است که معمولاً از سیم های گرمایش فلزی مانند فیلم گرمایش سیلیکونی، فیلم گرمایش الکتریکی انعطاف پذیر و غیره تشکیل شده است.

PTC به دلیل استفاده ایمن، راندمان تبدیل حرارت بالا، افزایش سریع دما، بدون شعله باز و دمای ثابت خودکار، به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. هزینه کم آن یک عامل مطلوب برای باتری برق فعلی با قیمت بالا است. فیلم گرمایش الکتریکی انعطاف پذیر عایق شده نوع دیگری از بخاری است که می تواند با توجه به شکل دلخواه قطعه کار خم شود و از تماس نزدیک با قطعه کار و اطمینان از حداکثر انتقال انرژی گرمایی اطمینان حاصل کند. فیلم گرمایش سیلیکونی یک عنصر حرارتی سطح نازک با انعطاف پذیری است، اما باید در تماس کامل و نزدیک با جسم گرم شده باشد و ایمنی آن بدتر از PTC است.