Решения за управление на температурата за батерийни системи

Няма съмнение, че температурният фактор има решаващо влияние върху производителността, живота и безопасността на батериите. Най-общо казано, очакваме батерийната система да работи в диапазона от 15~35℃, за да постигне най-добрата изходна и входна мощност, максималната налична енергия и най-дълъг живот на циклите (въпреки че съхранението при ниска температура може да удължи живота на батерията, няма много смисъл да се прилага съхранение при ниска температура в приложения, а батериите са много подобни на хората в това отношение).

Понастоящем, управлението на температурата на батерийната система може да се раздели основно на четири категории: естествено охлаждане, въздушно охлаждане, течно охлаждане и директно охлаждане. Сред тях естественото охлаждане е пасивен метод за управление на температурата, докато въздушното охлаждане, течното охлаждане и постояннотоковото охлаждане са активни. Основната разлика между тези три е разликата в топлообменната среда.

· Естествено охлаждане
Свободното охлаждане няма допълнителни устройства за топлообмен. Например, BYD е внедрила естествено охлаждане в моделите Qin, Tang, Song, E6, Tengshi и други, които използват LFP клетки. Разбира се, че следващите модели BYD ще преминат към течно охлаждане за моделите, използващи тройни батерии.

· Въздушно охлаждане (PTC нагревател за въздух)
Въздушното охлаждане използва въздух като топлоносител. Има два често срещани вида. Първият се нарича пасивно въздушно охлаждане, което директно използва външен въздух за топлообмен. Вторият вид е активно въздушно охлаждане, което може предварително да загрява или охлажда външния въздух, преди да влезе в батерийната система. В ранните дни много японски и корейски електрически модели използваха решения с въздушно охлаждане.

· Течно охлаждане
Течното охлаждане използва антифриз (като етиленгликол) като топлоносител. Обикновено в решението има множество различни топлообменни вериги. Например, VOLT има радиаторна верига, климатична верига (PTC климатизация) и PTC верига (PTC нагревател на охлаждащата течност). Системата за управление на батерията реагира, настройва се и превключва според стратегията за управление на температурата. TESLA Model S има верига, свързана последователно с охлаждащата верига на двигателя. Когато батерията трябва да се нагрее при ниска температура, веригата за охлаждане на двигателя се свързва последователно с веригата за охлаждане на батерията и двигателят може да я нагрее. Когато батерията е с висока температура, веригата за охлаждане на двигателя и веригата за охлаждане на батерията ще се регулират паралелно и двете охлаждащи системи ще разсейват топлината независимо.

1. Газов кондензатор

2. Вторичен кондензатор

3. Вентилатор на вторичния кондензатор

4. Вентилатор на газовия кондензатор

5. Сензор за налягане на климатика (от страната на високото налягане)

6. Сензор за температура на климатика (от страната на високото налягане)

7. Електронен компресор на климатика

8. Сензор за налягане на климатика (от страната на ниското налягане)

9. Сензор за температура на климатика (от страната на ниското налягане)

10. Разширителен вентил (охладител)

11. Разширителен вентил (изпарител)

· Директно охлаждане
Директното охлаждане използва хладилен агент (фазо-променящ се материал) като топлообменна среда. Хладилният агент може да абсорбира голямо количество топлина по време на процеса на фазов преход газ-течност. В сравнение с хладилния агент, ефективността на топлопреминаване може да се увеличи повече от три пъти и батерията може да се сменя по-бързо. Топлината вътре в системата се отвежда. Схемата за директно охлаждане е използвана в BMW i3.

 

В допълнение към ефективността на охлаждане, схемата за управление на температурата на батерийната система трябва да вземе предвид постоянството на температурата на всички батерии. PACK има стотици клетки и температурният сензор не може да засече всяка клетка. Например, в модул на Tesla Model S има 444 батерии, но са разположени само 2 точки за измерване на температурата. Следователно е необходимо батерията да бъде възможно най-постоянна чрез проектиране на управление на температурата. А добрата постоянство на температурата е предпоставка за постоянни параметри на производителност, като мощност на батерията, живот и SOC.