Една от ключовите технологии на превозните средства с нова енергия са батериите. Качеството на батериите определя цената на електрическите превозни средства, от една страна, и пробега на електрическите превозни средства, от друга. Ключов фактор за приемането и бързото им внедряване.
Според характеристиките на употреба, изискванията и областите на приложение на батериите, видовете батерии, които се използват за изследвания и разработки в страната и чужбина, са приблизително: оловно-киселинни батерии, никел-кадмиеви батерии, никел-метални хидридни батерии, литиево-йонни батерии, горивни клетки и др., сред които разработването на литиево-йонни батерии получава най-голямо внимание.
Поведение на генерирането на топлина от батерията
Източникът на топлина, скоростта на генериране на топлина, топлинният капацитет на батерията и други свързани параметри на модула на батерията са тясно свързани с естеството на батерията. Топлината, отделена от батерията, зависи от химическото, механичното и електрическото естество и характеристики на батерията, особено от естеството на електрохимичната реакция. Топлинната енергия, генерирана в реакцията на батерията, може да се изрази чрез реакционната топлина на батерията Qr; електрохимичната поляризация кара действителното напрежение на батерията да се отклонява от равновесната си електродвижеща сила, а загубата на енергия, причинена от поляризацията на батерията, се изразява с Qp. В допълнение към реакцията на батерията, протичаща съгласно реакционното уравнение, има и някои странични реакции. Типичните странични реакции включват разлагане на електролита и саморазреждане на батерията. Генерираната странична реакционна топлина в този процес е Qs. Освен това, тъй като всяка батерия неизбежно ще има съпротивление, при преминаване на тока ще се генерира джаулова топлина Qj. Следователно, общата топлина на батерията е сума от топлината на следните аспекти: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.
В зависимост от специфичния процес на зареждане (разреждане), основните фактори, които карат батерията да генерира топлина, също са различни. Например, когато батерията е нормално заредена, Qr е доминиращият фактор; а в по-късния етап на зареждане на батерията, поради разлагането на електролита, започват да се появяват странични реакции (топлината на страничната реакция е Qs). Когато батерията е почти напълно заредена и презаредена, основно се случва разлагане на електролита, където Qs доминира. Джауловата топлина Qj зависи от тока и съпротивлението. Най-често използваният метод на зареждане се извършва при постоянен ток, а Qj е специфична стойност в този момент. Въпреки това, по време на стартиране и ускорение токът е сравнително висок. За HEV това е еквивалентно на ток от десетки ампери до стотици ампери. В този момент Джауловата топлина Qj е много голяма и се превръща в основен източник на отделяне на топлина от батерията.
От гледна точка на управляемостта на топлинното управление, системите за топлинно управление могат да бъдат разделени на два вида: активни и пасивни. От гледна точка на топлоносителя, системите за топлинно управление могат да бъдат разделени на: с въздушно охлаждане, с течно охлаждане и с фазово-променящо се съхранение на топлина.
Термично управление с въздух като топлоносител
Топлоносителят оказва значително влияние върху производителността и цената на системата за управление на температурата. Използването на въздух като топлоносител е за директно подаване на въздуха, така че той да преминава през батерийния модул, за да се постигне целта на разсейване на топлината. Обикновено са необходими вентилатори, входна и изходна вентилация и други компоненти.
Според различните източници на всмукване на въздух, обикновено има следните форми:
1 Пасивно охлаждане с вентилация с външен въздух
2. Пасивно охлаждане/отопление за вентилация на купето
3. Активно охлаждане/отопление на външния или купето въздух
Структурата на пасивната система е сравнително проста и директно използва съществуващата среда. Например, ако батерията трябва да се затопли през зимата, горещата среда в купето може да се използва за вдишване на въздух. Ако температурата на батерията е твърде висока по време на шофиране и охлаждащият ефект на въздуха в купето не е добър, може да се вдиша студен въздух отвън, за да се охлади.
За активната система е необходимо да се изгради отделна система, която да осигурява функции за отопление или охлаждане и да се управлява независимо според състоянието на батерията, което също увеличава консумацията на енергия и цената на превозното средство. Изборът на различни системи зависи главно от изискванията за използване на батерията.
Термично управление с течност като топлоносител
За топлопренос с течност като среда е необходимо да се установи топлопреносна комуникация между модула и течната среда, като например водна риза, за да се осъществява индиректно нагряване и охлаждане под формата на конвекция и топлопроводимост. Топлопреносната среда може да бъде вода, етиленгликол или дори хладилен агент. Съществува и директен топлопренос чрез потапяне на полюсния накрайник в течността на диелектрика, но трябва да се вземат изолационни мерки, за да се избегне късо съединение.
Пасивното течно охлаждане обикновено използва топлообмен между течност и околен въздух, след което вкарва „пашкули“ в батерията за вторичен топлообмен, докато активното охлаждане използва топлообменници с охлаждаща течност на двигателя и течна среда или електрическо отопление/нагряване с термално масло за постигане на първично охлаждане. Отопление, първично охлаждане с хладилен агент и течна среда за климатизация на пътническата кабина.
Системата за управление на температурата с въздух и течност като среда изисква вентилатори, водни помпи, топлообменници, нагреватели (PTC нагревател за въздух), тръбопроводи и други аксесоари, които правят структурата твърде голяма и сложна, а също така консумират енергия от батерията, масивът Плътността на мощността и енергийната плътност на батерията са намалени.
(PTC охлаждаща течностнагревател) Водноохлажданата система за охлаждане на акумулатор използва охлаждаща течност (50% вода/50% етиленгликол) за пренос на топлина от акумулатора към хладилната система на климатика през охладителя на акумулатора и след това към околната среда през кондензатора. Температурата на внесената вода лесно се понижава след топлообмен от охладителя на акумулатора и акумулаторът може да се регулира за работа в най-добрия работен температурен диапазон; принципът на системата е показан на фигурата. Основните компоненти на хладилната система включват: кондензатор, електрически компресор, изпарител, разширителен вентил със спирателен вентил, охладител на акумулатора (разширителен вентил със спирателен вентил) и тръби за климатизация и др.; веригата за охлаждаща вода включва:електрическа водна помпа, батерия (включително охлаждащи плочи), охладители за батерии, водопроводи, разширителни съдове и други аксесоари.
Време на публикуване: 13 юли 2023 г.
