سیستم مدیریت حرارتی باتری (BTMS)
سیستم مدیریت حرارتی باتری (BTMS) یکی از سیستم های اصلی یک وسیله نقلیه الکتریکی است که به طور مستقیم بر ایمنی، عملکرد و طول عمر کل خودرو تأثیر می گذارد.
I. چرا باتری ها به مدیریت حرارتی نیاز دارند
باتریهای نیرو، بهویژه باتریهای لیتیوم{0} یونی، برای عملکرد، طول عمر و ایمنی، به شدت به دمای عملیاتی وابسته هستند.
محدوده عملیاتی بهینه
محدوده دمای عملیاتی ایده آل برای باتری ها معمولاً بین 15 تا 40 درجه است و محدوده بهینه آن تقریباً 20 تا 35 درجه است.
خطرات دمای بالا
دمای بیش از حد بالا (به عنوان مثال، بیش از 60 درجه) کاهش ظرفیت باتری را تسریع می کند، مقاومت داخلی را افزایش می دهد و در موارد شدید ممکن است باعث فرار حرارتی شود که منجر به آتش سوزی و انفجار شود.
خطرات دمای پایین
دمای بیش از حد پایین، سرعت واکنش های شیمیایی داخلی باتری را کاهش می دهد، که منجر به کاهش شدید ظرفیت و توان خروجی، مشکلات شارژ، و به طور بالقوه رسوب لیتیوم می شود که به باتری آسیب می رساند.
خطرات اختلاف دما
توزیع نامناسب دما (اختلاف دمای بیش از حد) بین سلول ها یا ماژول های درون بسته باتری منجر به عملکرد ناسازگار می شود، پیری کل بسته باتری را تسریع می کند و ظرفیت قابل استفاده آن را محدود می کند.
بنابراین، یک سیستم مدیریت حرارتی کارآمد با هدف حفظ دمای باتری در پنجره بهینه خود و به حداقل رساندن حداکثر اختلاف دما در بسته باتری (در حالت ایده آل کمتر یا مساوی 3 درجه) است.
II. سیستم حرارتی چگونه کار می کند
سیستم مدیریت حرارتی مایع از خنک کننده در گردش به عنوان وسیله ای برای دفع گرما یا گرم کردن باتری استفاده می کند.
عملکرد خنک کننده
جذب گرما: مایع خنککننده که توسط یک پمپ الکتریکی هدایت میشود، از صفحات خنککننده مایع درون بسته باتری (معمولاً در تماس با ماژولهای باتری) جریان مییابد و گرمای تولید شده توسط باتری را جذب میکند.
اتلاف گرما: خنککننده با دمای بالا، با جذب گرما، به رادیاتور جلویی پمپ میشود (با هوا خنک میشود) یا گرما را با سیستم تهویه مطبوع خودرو (از طریق مبدل حرارتی چیلری) مبادله میکند و گرما را در هوای بیرون پخش میکند.
گردش: مایع خنککننده خنکشده دوباره به بسته باتری جریان مییابد و چرخه بعدی را آغاز میکند.
عملکرد گرمایش
هنگامی که دمای باتری خیلی کم است، سیستم می تواند مایع خنک کننده را با استفاده از گرمکن PTC (ترمیستور ضریب دمای مثبت) گرم کند.
خنک کننده گرم شده از طریق صفحات خنک کننده مایع جریان می یابد و مانند یک "بطری آب گرم" برای گرم کردن باتری عمل می کند.
برخی از سیستمهای پیشرفته همچنین میتوانند از گرمای اتلاف تولید شده توسط سیستم محرک الکتریکی استفاده کنند و آن را از طریق مبدلهای حرارتی صفحهای برای گرم کردن باتری بازیابی کنند، بنابراین کارایی انرژی را بهبود میبخشند.
III. اجزای کلیدی سیستم
یک سیستم مدیریت حرارتی مایع معمولی عمدتاً از اجزای زیر تشکیل شده است:
صفحه خنک کننده مایع: جزء تبادل حرارت هسته در تماس مستقیم با ماژول باتری، معمولاً از آلومینیوم با طراحی کانال جریان داخلی ساخته شده است. طراحی آن باید قدرت اتلاف گرما، قابلیت اطمینان و سبک وزن را متعادل کند.
خنک کننده: به هدایت حرارتی بالا، عایق (برای جلوگیری از اتصال کوتاه)، ویسکوزیته کم، محدوده دمای عملیاتی گسترده و سازگاری مواد خوب نیاز دارد. معمولاً از مخلوطهای آب اتیلن گلیکول{1} استفاده میشود (نسبت با توجه به نیاز ضد یخ تنظیم میشود)، اگرچه گاهی اوقات از الکلهای آلی خالص و سایر مایعات دی الکتریک نیز استفاده میشود.
پمپ الکتریکی: قدرت گردش مایع خنک کننده را فراهم می کند. سرعت آن اغلب برای دستیابی به -تقاضا و کاهش مصرف انرژی قابل تنظیم است.
مبدل حرارتی(چیلر: یک مبدل حرارتی که مدار خنک کننده و مدار خنک کننده تهویه مطبوع را به هم متصل می کند و برای تقویت خنک کننده استفاده می شود.
رادیاتور: در جلوی خودرو قرار دارد و گرمای مایع خنک کننده را از طریق جریان هوا دفع می کند.
مبدل حرارتی صفحه ای: برای تبادل حرارت بین مدارهای مختلف مانند بازیابی حرارت هدر رفته استفاده می شود.
بخاری PTC: وسیله ای است که در مواقعی که نیاز به گرمایش است، مایع خنک کننده را گرم می کند.
بدنه سوپاپ (به عنوان مثال، شیر سه طرفه، شیر برقی): جهت جریان مایع خنککننده را کنترل میکند و امکان جابجایی بین حالتهای مختلف را فراهم میکند (مثلاً جابجایی بین حالتهای سرمایش و گرمایش، یا بین منابع مختلف گرما).
مخزن: انبساط و انقباض مایع خنک کننده در اثر تغییرات دما را جبران می کند و پر شدن و خونریزی را تسهیل می کند.
سنسورها و واحد کنترل: سنسورهای دما دمای باتری و مایع خنک کننده را به صورت بلادرنگ کنترل می کنند. کنترل کننده مدیریت حرارتی سیستم مدیریت باتری (BMS) مغزی است که به طور هوشمند عملکرد محرک هایی مانند پمپ ها، بخاری های PTC، سوپاپ ها و کمپرسورهای تهویه مطبوع را بر اساس سیگنال های دما و وضعیت خودرو با استفاده از الگوریتم ها کنترل می کند.
