Zarządzanie temperaturą baterii
Dlaczego płynne płyty chłodzące są niezbędne do chłodzenia akumulatorów pojazdów elektrycznych
Baterie litowe-zmieniły sposób, w jaki przechowujemy i wykorzystujemy energię. Od pojazdów elektrycznych i systemów magazynowania energii po urządzenia przemysłowe i zastosowania-szybkiego ładowania – obecnie oczekuje się, że akumulatory będą zapewniać większą moc, dłuższy czas pracy i większą prędkość ładowania.
Jednak wyższa gęstość energii niesie ze sobą istotne wyzwanie inżynieryjne: ciepło.
Każdy zestaw akumulatorów wytwarza ciepło podczas pracy. Ładowanie wytwarza ciepło. Rozładowanie wytwarza ciepło. Zastosowania-o dużej mocy, zwłaszcza szybkie ładowanie i rozładowywanie przy wysokim natężeniu, mogą jeszcze bardziej zwiększyć wytwarzanie ciepła.
Wyzwanie nie polega po prostu na usuwaniu ciepła z akumulatora. Prawdziwym wyzwaniem jest utrzymanie każdego ogniwa akumulatora w stabilnym zakresie temperatur przy jednoczesnej minimalizacji różnic temperatur pomiędzy ogniwami.
To jest gdziezarządzanie temperaturą akumulatorastaje się niezbędne.
Skuteczny system zarządzania temperaturą pomaga poprawić wydajność akumulatora, wydłużyć jego żywotność, utrzymać wydajność ładowania i zmniejszyć ryzyko związane z bezpieczeństwem. Dla nowoczesnychAkumulatory pojazdów elektrycznychi systemy magazynowania energii,chłodzenie cieczą za pomocą aluminiowych płyt chłodzącychstało się jednym z najbardziej niezawodnych rozwiązań.
Dlaczego zarządzanie temperaturą akumulatora ma znaczenie
Baterie litowe-jonowe są bardzo wrażliwe na temperaturę.
Większość ogniw litowo-jonowych-działa najskuteczniej w stosunkowo wąskim zakresie temperatur, zazwyczaj od 15 do 35 stopni. Kiedy temperatura akumulatora wykracza poza ten zakres, wydajność elektrochemiczna zaczyna spadać.
System zarządzania temperaturą akumulatora (BTMS) ma na celu kontrolowanie wytwarzania ciepła, usuwania ciepła i rozkładu temperatury w całym zestawie akumulatorów.
Dobrze-zaprojektowany system zarządzania temperaturą musi spełniać trzy główne cele:
***Utrzymuj ogniwa w optymalnym zakresie temperatur roboczych
***Zmniejszenie różnic temperatur pomiędzy poszczególnymi ogniwami
***Zapobiegaj przegrzaniu podczas-działania z dużą mocą
Jest to szczególnie ważne, ponieważ systemy akumulatorowe stają się coraz potężniejsze.
Na przykład zestaw akumulatorów pojazdu elektrycznego może zawierać setki, a nawet tysiące pojedynczych ogniw. Jeśli niektóre ogniwa działają znacznie cieplej niż inne, cały zestaw akumulatorów może ulegać nierównomiernemu starzeniu.
Najgorętsze ogniwa zwykle określają ogólne ograniczenie pakietu.
Innymi słowy, akumulator jest tak wytrzymały, jak jego najsłabszy punkt termiczny.
Co się dzieje, gdy baterie stają się zbyt gorące?
Ciepło to jeden z najważniejszych czynników wpływających na wydajność i żywotność baterii litowo-jonowych-.
Gdy temperatura akumulatora nadmiernie wzrośnie, może wystąpić kilka problemów.
1. Szybsza degradacja baterii
Wysokie temperatury przyspieszają niepożądane reakcje chemiczne wewnątrz ogniw-litowo-jonowych.
Z biegiem czasu może to prowadzić do:
>>>Zmniejszona pojemność baterii
>>>Zwiększony opór wewnętrzny
>>>Krótszy cykl życia
>>>Niższa wydajność ładowania
Akumulator pracujący nieprzerwanie w podwyższonych temperaturach może tracić wydajność znacznie szybciej w porównaniu z akumulatorem utrzymywanym w kontrolowanych warunkach termicznych.
2. Zwiększone ryzyko bezpieczeństwa
Ekstremalne przegrzanie może stworzyć niebezpieczne warunki wewnątrz ogniw litowo-jonowych.-
Gdy temperatura wewnętrzna przekroczy bezpieczny limit, materiały, z których wykonany jest akumulator, mogą stać się niestabilne. W poważnych sytuacjach może to spowodować niekontrolowaną reakcję termiczną, podczas której wytwarzanie ciepła staje się-samopodtrzymujące i rozprzestrzenia się z jednej komórki do drugiej.
Dlatego zapobieganie nadmiernej akumulacji ciepła jest podstawowym wymogiem przy projektowaniu akumulatorów do pojazdów elektrycznych i akumulatorów.
3. Zmniejszona wydajność ładowania
Szybkie ładowanie powoduje znaczne obciążenie termiczne akumulatorów.
Podczas-ładowania wysokoprądowego jony litu szybko przemieszczają się między elektrodami. Jeśli nie można skutecznie usunąć ciepła, może zaistnieć potrzeba zmniejszenia prędkości ładowania, aby chronić akumulator.
Tworzy to bezpośredni konflikt:
Klienci chcą szybszego ładowania.
Inżynierowie zajmujący się akumulatorami potrzebują lepszej kontroli ciepła.
Efektywne zarządzanie temperaturą pomaga sprostać temu wyzwaniu, szybko usuwając ciepło przy jednoczesnym utrzymaniu stabilnej temperatury ogniwa.
Dlaczego równomierność temperatury jest równie ważna
Wiele osób uważa, że chłodzenie akumulatora polega jedynie na obniżeniu temperatury.
Jednakże równomierność temperatury jest równie ważna.
Zestaw baterii może zawierać setki połączonych ze sobą ogniw. Jeśli jeden obszar pakietu działa cieplej niż inny, komórki te będą się starzeć inaczej.
Na przykład:
Gorętsze komórki ulegają szybszej degradacji
Chłodniejsze ogniwa utrzymują lepszą wydajność
Ogólny system zarządzania baterią musi ograniczać działanie w oparciu o najsłabsze ogniwa
Dlatego celem zarządzania temperaturą akumulatora nie jest po prostu:
„Spraw, aby akumulator był chłodniejszy”.
Prawdziwym celem jest:
„Utrzymuj, aby każda komórka działała w podobnej i optymalnej temperaturze”.
Jest to jeden z powodówsystemy chłodzenia ciecząstają się coraz bardziej powszechne w nowoczesnych zestawach akumulatorów.
Chłodzenie powietrzem a chłodzenie cieczą akumulatorów
We wczesnych pojazdach elektrycznych i systemach akumulatorów-o małej mocy często stosowano chłodzenie powietrzem, ponieważ było to proste, lekkie i niedrogie.
Jednakże wraz ze wzrostem gęstości energii akumulatora i szybkości ładowania tradycyjne chłodzenie powietrzem zaczęło wykazywać ograniczenia.
Ograniczenia chłodzenia powietrzem
Powietrze ma stosunkowo niską przewodność cieplną w porównaniu z płynnym chłodziwem.
Nawet w przypadku wentylatorów i kanałów przepływu powietrza usuwanie dużych ilości ciepła z gęsto upakowanych modułów akumulatorowych staje się trudne.
Typowe wyzwania obejmują:
Nierównomierne chłodzenie pomiędzy ogniwami
Ograniczona wydajność chłodzenia
Większe wymagania przestrzenne
Większy hałas wentylatorów
Trudność w obsłudze szybkiego ładowania
W przypadku zastosowań o niskim- poborze mocy nadal odpowiednie może być chłodzenie powietrzem.
Gdyby niewysokowydajne-akumulatory EVi systemy magazynowania energii, wymagana jest większa wydajność chłodzenia.
Dlaczego chłodzenie cieczą stało się preferowanym rozwiązaniem
Chłodzenie ciecząwykorzystuje chłodziwo, zwykle mieszaninę wody-glikolu, do odprowadzania ciepła z ogniw akumulatora.
W porównaniu z powietrzem, płynny płyn chłodzący ma:
***Wyższa pojemność cieplna
*** Lepsza przewodność cieplna
***Większa wydajność wymiany ciepła
A płyta chłodząca ciecz do akumulatorówzainstalowany pod lub obok modułów akumulatorowych zapewnia bezpośrednią ścieżkę wymiany ciepła.
Ogniwo baterii
↓
Materiał interfejsu termicznego (TIM)
↓
↓
Kanał chłodzący
↓
Zewnętrzny układ chłodzenia
Taka konstrukcja umożliwia skuteczniejsze odprowadzanie ciepła przy jednoczesnym zachowaniu lepszej równomierności temperatury w całym zestawie akumulatorów.
W przypadku nowoczesnych akumulatorów pojazdów elektrycznych, systemów magazynowania energii i zastosowań o dużej mocy-chłodzenie ciecząstało się preferowanym podejściem do zarządzania ciepłem.
