مدیریت حرارتی باتری های نیرو برای وسایل نقلیه انرژی جدید
1. وضعیت فعلی مدیریت حرارتی باتری های قدرت برای وسایل نقلیه انرژی جدید
در حال حاضر با محبوبیت خودروهای جدید انرژی، مدیریت حرارتی باتری های برق به موضوع مهمی در این زمینه تبدیل شده است. هدف مدیریت حرارتی باتری قدرت، اطمینان از ایمنی، پایداری و عملکرد بسته باتری، کنترل دما در طول چرخه شارژ و دشارژ باتری و حفظ وضعیت کار باتری در محیطهای شدید است. مدیریت حرارتی باتری های نیرو در وسایل نقلیه انرژی جدید عمدتاً شامل فناوری هایی مانند سیستم های خنک کننده و گرمایش فعال، سیستم های استفاده از گرما، سیستم های مدیریت حرارتی باتری و سیستم های نظارت و کنترل دما است. سیستم های مدیریت حرارتی باتری های برق سنتی معمولاً از خنک کننده مایع یا خنک کننده هوا برای پخش گرما از طریق رسانه های رسانای گرما برای کنترل دمای باتری استفاده می کنند. با این حال، با نوآوری مداوم فناوری، به تدریج فناوریهای مدیریت حرارتی جدیدی مانند استفاده از مواد تغییر فاز، بهبود رسانههای رسانای گرما و بهینهسازی ساختاری برای بهبود راندمان اتلاف گرما و کاهش افزایش دمای نیرو معرفی شدهاند. باتری ها در عین حال، سیستمهای نظارت و کنترل دما نیز به سرعت توسعه یافتهاند که میتوانند دمای باتری را در زمان واقعی نظارت کنند و با کنترل سیستم اتلاف گرما یا سیستم گرمایش باتری را در محدوده دمای عملیاتی بهینه حفظ کنند. علاوه بر این، توسعه سیستم های استفاده از گرما نیز توجه زیادی را به خود جلب کرده است، با هدف استفاده موثر از گرمای اتلاف تولید شده توسط باتری و بهبود بهره وری مصرف انرژی در کل وسیله نقلیه. اگرچه فناوری مدیریت حرارتی باتری های نیرو برای وسایل نقلیه انرژی جدید پیشرفت قابل توجهی داشته است، اما هنوز با چالش هایی مواجه است. بنابراین، لازم است تحقیقات عمیقی در مورد مدیریت حرارتی باتری های انرژی جدید وسایل نقلیه از جنبه های مختلف مانند مواد، ساختار و کنترل انجام شود تا نیازهای توسعه وسایل نقلیه جدید انرژی را برآورده سازد.
2. مشکلات مدیریت حرارتی باتری های نیرو در خودروهای انرژی جدید وجود دارد
اگرچه مدیریت حرارتی باتری های نیرو برای وسایل نقلیه انرژی جدید به پیشرفت خاصی دست یافته است، اما برخی از مشکلات فوری نیز وجود دارد که باید حل شوند، مانند طراحی ناقص مدیریت حرارتی سلول های تک، ساختار اتلاف حرارت سیستم باتری باید بهینه شود، و استراتژی کنترل سیستم مدیریت حرارتی دارای درجه کمی از هوشمندی است. در این راستا، بهینه سازی طراحی حرارتی باتری، ساختار اتلاف حرارت سیستم و استراتژی کنترل برای دستیابی به مدیریت حرارتی کارآمدتر و اطمینان از عملکرد باتری در محدوده دمایی بهینه ضروری است.
2.1 طراحی مدیریت حرارتی ناقص سلول های تک
طراحی سیستم مدیریت حرارتی باتری های نیرو برای وسایل نقلیه با انرژی جدید بسیار مهم است، اما هنوز مشکلاتی وجود دارد، به ویژه در مدیریت حرارتی سلول های تک سلولی.
اول، مشکل یکنواختی دمای ناکافی در طراحی مدیریت حرارتی سلول های تک وجود دارد. از آنجایی که بسته باتری از تعدادی سلول منفرد تشکیل شده است، این سلول های تک در طی فرآیند شارژ و دشارژ گرما تولید می کنند. اگر حرارت را نتوان به موقع و به طور مساوی پخش کرد، باعث می شود دمای محلی باتری بالا برود و نقاط داغ ایجاد شود. این اثر نقطه داغ نه تنها بر راندمان کار باتری تأثیر می گذارد، بلکه ممکن است پیر شدن باتری را تسریع کند و حتی باعث ایجاد خطرات ایمنی شود. در عین حال، پیچیدگی ساختار داخلی باتری و تغییر فاصله بین سلول های منفرد، توزیع گرما را ناهموار می کند. برای طراحی مدیریت حرارتی فعلی حل کامل این مشکل، به ویژه در شرایط بار زیاد یا محیط شدید، دشوار است.
دوم، مشکل تطبیق سرعت پاسخ حرارتی و ظرفیت حرارتی سلول های تک نیز یک چالش بزرگ در طراحی مدیریت حرارتی است. یک سیستم مدیریت حرارتی ایده آل برای باتری های برق وسایل نقلیه انرژی جدید باید بتواند به سرعت به تغییرات گرمای تولید شده توسط باتری واکنش نشان دهد و ظرفیت حرارتی کافی برای جذب یا آزادسازی انرژی حرارتی برای اطمینان از پایداری دمای باتری داشته باشد. با این حال، هنگامی که باتری برق در محیطی با شارژ و دشارژ سریع، دشارژ با سرعت بالا یا نوسانات دما زیاد کار می کند، سیستم مدیریت حرارتی اغلب برای پاسخ سریع و مدیریت موثر مشکل است. به خصوص زمانی که طراحی باتری چگالی انرژی بالایی را دنبال می کند، عملکرد پاسخ حرارتی و پیکربندی ظرفیت حرارتی سیستم مدیریت حرارتی از اهمیت ویژه ای برخوردار است، اما یافتن تعادل کامل بین سبک وزن و راندمان بالا برای طرح های موجود دشوار است. این ممکن است بر عمر چرخه و عملکرد ایمنی باتری قدرت تأثیر بگذارد.
2.2 ساختار اتلاف حرارت سیستم باتری باید بهینه شود
مشکلی در مدیریت حرارتی باتری های نیرو خودروهای انرژی جدید وجود دارد که ساختار اتلاف حرارت سیستم باتری باید بهینه شود. در حال حاضر، ساختار اتلاف حرارت سیستم باتری قدرت در مواجهه با محیطهای با دمای بالا و شارژ و دشارژ سریع دارای چالشهایی است. در محیط های با دمای بالا به راحتی آسیب می بیند و دمای بیش از حد باعث تسریع پیر شدن باتری و کاهش عملکرد آن می شود. در عین حال، شارژ و دشارژ سریع گرمای زیادی تولید میکند و سیستمهای اتلاف حرارت سنتی اغلب نمیتوانند گرما را در این مورد به طور موثر دفع کنند و در نتیجه دمای باتری را به شدت افزایش میدهد. علاوه بر این، ساختار اتلاف حرارت سیستم باتری از نظر اثر اتلاف گرما و یکنواختی اتلاف گرما بستههای باتری با ظرفیت بالا کافی نیست. با توسعه وسایل نقلیه انرژی جدید، ظرفیت باتری همچنان در حال افزایش است و مشکل اتلاف گرما بسته های باتری با ظرفیت بالا بیش از پیش برجسته شده است. ساختار متداول اتلاف گرما اغلب نمی تواند کل بسته باتری را به طور کامل پوشش دهد، در نتیجه دماهای بیش از حد بالا در برخی مناطق و دمای بسیار پایین در مناطق دیگر ایجاد می شود که منجر به اتلاف گرما نابرابر می شود. این اتلاف حرارت نابرابر باعث می شود که اختلاف دمای سلول های منفرد داخل بسته باتری بیش از حد زیاد باشد و بر عملکرد شارژ و دشارژ باتری و عمر مفید آن تأثیر بگذارد.
2.3 درجه پایین هوش استراتژی کنترل سیستم مدیریت حرارتی
اول، استراتژی کنترل دارای محدودیت های خاصی است. در حال حاضر، سیستم مدیریت حرارتی باتری قدرت وسایل نقلیه انرژی جدید عمدتاً از استراتژی سنتی کنترل آستانه دما استفاده می کند، یعنی با تنظیم محدودیت های درجه حرارت بالا و پایین استاتیک، اتلاف گرما یا اقدامات خنک کننده را آغاز می کند. با این حال، این استراتژی کنترل استاتیک نمی تواند به طور کامل با الزامات مدیریت حرارتی باتری تحت شرایط کاری و شرایط محیطی مختلف سازگار شود. به عنوان مثال، در یک محیط با دمای بالا، استراتژی سنتی کنترل آستانه دما ممکن است بیش از حد محافظه کارانه باشد، که منجر به تحریک مکرر اقدامات اتلاف گرما می شود که بر کارایی مصرف انرژی باتری تأثیر می گذارد. در یک محیط با دمای پایین، استراتژی کنترل سنتی ممکن است نتواند اقدامات گرمایشی را به موقع شروع کند و بر عملکرد و عمر باتری تأثیر بگذارد.
دوم، درجه هوش در پردازش داده ها و تصمیم گیری محدود است. اگرچه برخی از سیستمهای مدیریت حرارتی باتری قدرت از حسگرها و واحدهای کنترل برای نظارت و تنظیم دادهها استفاده میکنند، اما هنوز محدودیتهایی در پردازش و تصمیمگیری دادهها وجود دارد. به عنوان مثال، در سیستمهای مدیریت حرارتی، برای ویژگیهای پیچیده حرارتی باتری و شرایط محیطی، مانند توزیع دمای داخلی باتری، نرخ شارژ، دمای محیط و غیره، قابلیتهای پردازش دادههای سیستمهای موجود محدود است و استخراج کامل آن غیرممکن است. و از این داده ها برای بهینه سازی استراتژی های مدیریت حرارتی استفاده کنید. علاوه بر این، قابلیتهای تصمیمگیری سیستمهای مدیریت حرارتی موجود نسبتاً محدود است و نمیتوان آنها را بر اساس پارامترها و شرایط متعدد بهطور جامع بهینه کرد و در نتیجه دقت و سازگاری استراتژیهای کنترل محدود میشود.
