Toplotno upravljanje baterije
Zakaj so tekoče hladilne plošče bistvenega pomena za hlajenje akumulatorja EV
Litij{0}}ionske baterije so spremenile način shranjevanja in uporabe energije. Od električnih vozil in sistemov za shranjevanje energije do industrijske opreme in aplikacij za-hitro polnjenje se zdaj pričakuje, da bodo baterije zagotavljale večjo moč, daljši čas delovanja in hitrejše polnjenje.
Vendar pa večja gostota energije prinaša pomemben inženirski izziv: toploto.
Vsaka baterija med delovanjem proizvaja toploto. Polnjenje ustvarja toploto. Praznjenje ustvarja toploto. Visoko{3}}zmogljive aplikacije, zlasti hitro polnjenje in visokotokovno praznjenje, lahko še povečajo proizvodnjo toplote.
Izziv ni preprosto odstranjevanje toplote iz baterijskega paketa. Pravi izziv je vzdrževati vsako baterijsko celico v stabilnem temperaturnem območju, hkrati pa zmanjšati temperaturne razlike med celicami.
Tukaj jetoplotno upravljanje baterijepostane bistveno.
Učinkovit sistem upravljanja toplote pomaga izboljšati zmogljivost baterije, podaljša življenjsko dobo, vzdržuje učinkovitost polnjenja in zmanjša varnostna tveganja. Za modernoEV baterijein sistemi za shranjevanje energije,tekoče hlajenje z aluminijastimi tekočimi hladnimi ploščamije postala ena najbolj zanesljivih rešitev.
Zakaj je toplotno upravljanje baterije pomembno
Litij{0}}ionske baterije so zelo občutljive na temperaturo.
Večina litij{0}}ionskih celic deluje najučinkoviteje v razmeroma ozkem temperaturnem območju, običajno okoli 15 do 35 stopinj. Ko se temperatura baterije premakne izven tega območja, začne elektrokemična učinkovitost upadati.
Sistem za upravljanje toplote baterije (BTMS) je zasnovan za nadzor proizvodnje toplote, odvajanja toplote in porazdelitve temperature po celotnem paketu baterij.
Dobro-zasnovan sistem za upravljanje toplote mora doseči tri glavne cilje:
***Vzdržujte celice znotraj optimalnega delovnega temperaturnega območja
***Zmanjšajte temperaturne razlike med posameznimi celicami
***Preprečite pregrevanje med-delovanjem z visoko močjo
To je še posebej pomembno, ker postajajo baterijski sistemi močnejši.
Na primer, akumulator za električno vozilo lahko vsebuje na stotine ali celo tisoče posameznih celic. Če nekatere celice delujejo bistveno bolj vroče od drugih, se lahko celoten paket baterij neenakomerno stara.
Najbolj vroče celice običajno določajo splošno omejitev paketa.
Z drugimi besedami, baterijski sklop je močan le toliko, kolikor je močna njegova najšibkejša toplotna točka.
Kaj se zgodi, ko postanejo baterije prevroče?
Toplota je eden največjih dejavnikov, ki vpliva na delovanje in življenjsko dobo litij{0}}ionske baterije.
Ko se temperatura baterije čezmerno poveča, lahko pride do več težav.
1. Hitrejša razgradnja baterije
Visoke temperature pospešijo neželene kemične reakcije znotraj litij{0}}ionskih celic.
Sčasoma lahko to povzroči:
>>>Zmanjšana kapaciteta baterije
>>>Povečan notranji upor
>>>Krajša življenjska doba cikla
>>>Nižja učinkovitost polnjenja
Baterija, ki neprekinjeno deluje pri povišanih temperaturah, lahko izgubi zmogljivost veliko hitreje v primerjavi z baterijo, ki se vzdržuje v nadzorovanih toplotnih pogojih.
2. Povečana varnostna tveganja
Ekstremno pregrevanje lahko ustvari nevarne razmere znotraj litij{0}}ionskih celic.
Ko notranje temperature presežejo varne meje, lahko materiali baterije postanejo nestabilni. V hudih situacijah lahko to sproži toplotni beg, kjer se ustvarjanje toplote-ne vzdržuje samo in se širi iz ene celice v drugo.
Zato je preprečevanje čezmernega kopičenja toplote temeljna zahteva pri načrtovanju električnih vozil in baterij za shranjevanje energije.
3. Zmanjšana zmogljivost polnjenja
Hitro polnjenje povzroča znatno toplotno obremenitev baterij.
Med polnjenjem z visokim-tokom se litijevi ioni hitro premikajo med elektrodami. Če toplote ni mogoče učinkovito odstraniti, bo morda treba zmanjšati hitrost polnjenja, da zaščitite zdravje baterije.
To ustvarja neposreden konflikt:
Kupci želijo hitrejše polnjenje.
Inženirji baterij potrebujejo boljši nadzor toplote.
Učinkovito upravljanje toplote pomaga rešiti ta izziv s hitrim odstranjevanjem toplote, hkrati pa ohranja stabilne temperature celic.
Zakaj je izenačenost temperature prav tako pomembna
Mnogi ljudje mislijo, da gre pri hlajenju baterije samo za znižanje temperature.
Vendar je enako pomembna enakomernost temperature.
Baterijski paket lahko vsebuje na stotine celic, povezanih skupaj. Če je en del tropa bolj vroč kot drug, se bodo te celice starale drugače.
Na primer:
Bolj vroče celice se hitreje razgradijo
Hladnejše celice ohranjajo boljše delovanje
Celoten sistem upravljanja baterije mora omejiti delovanje na podlagi najšibkejših celic
Zato cilj toplotnega upravljanja baterije ni preprosto:
"Make the battery cooler."
Pravi cilj je:
"Vsaka celica naj deluje pri podobni in optimalni temperaturi."
To je eden od razlogov, zakajtekočinski hladilni sistemipostajajo vse pogostejše v sodobnih baterijskih vložkih.
Zračno hlajenje v primerjavi s tekočim hlajenjem za baterije
Zgodnja električna vozila in baterijski-sistemi nizke porabe so pogosto uporabljali zračno hlajenje, ker je bilo preprosto, lahko in poceni.
Ko pa sta se gostota energije baterije in hitrost polnjenja povečali, je tradicionalno zračno hlajenje začelo kazati omejitve.
Omejitve zračnega hlajenja
Zrak ima razmeroma nizko toplotno prevodnost v primerjavi s tekočim hladilnim sredstvom.
Tudi z ventilatorji in kanali za pretok zraka postane odstranjevanje velikih količin toplote iz gosto zapakiranih baterijskih modulov težavno.
Pogosti izzivi vključujejo:
Neenakomerno hlajenje med celicami
Omejena hladilna zmogljivost
Zahteve po večjem prostoru
Večji hrup ventilatorjev
Težava pri podpiranju hitrega polnjenja
Za-aplikacije z nizko porabo energije je lahko zračno hlajenje še vedno primerno.
Ampak zavisoko{0}}zmogljive EV baterijein sistemi za shranjevanje energije, je potrebna močnejša zmogljivost hlajenja.
Zakaj je tekoče hlajenje postalo prednostna rešitev
Tekočinsko hlajenjeuporablja hladilno tekočino, običajno mešanico vode-glikola, za prenos toplote stran od baterijskih celic.
V primerjavi z zrakom ima tekoče hladilno sredstvo:
***Večja toplotna zmogljivost
***Boljša toplotna prevodnost
***Učinkovitejši prenos toplote
A plošča za tekoče hlajenje baterijskih paketovnameščen pod ali poleg baterijskih modulov zagotavlja neposredno pot prenosa toplote.
Baterijska celica
↓
Material toplotnega vmesnika (TIM)
↓
↓
Kanal za hladilno tekočino
↓
Zunanji hladilni sistem
Ta zasnova omogoča učinkovitejše odvajanje toplote, hkrati pa ohranja boljšo enakomernost temperature v baterijskem paketu.
Za sodobne baterije za električna vozila, sisteme za shranjevanje energije in-zmogljive aplikacijetekočinsko hlajenjeje postal prednostni pristop upravljanja toplote.
