Jedną z kluczowych technologii pojazdów elektrycznych są akumulatory. Jakość akumulatorów determinuje z jednej strony koszt pojazdów elektrycznych, a z drugiej zasięg pojazdów elektrycznych. To kluczowy czynnik akceptacji i szybkiego wdrożenia.
Ze względu na charakterystykę użytkowania, wymagania i obszary zastosowań akumulatorów, rodzaje akumulatorów badawczo-rozwojowych w kraju i za granicą obejmują w przybliżeniu: akumulatory kwasowo-ołowiowe, akumulatory niklowo-kadmowe, akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe, akumulatory litowo-jonowe, ogniwa paliwowe itp., spośród których największą uwagę poświęca się rozwojowi akumulatorów litowo-jonowych.
Zachowanie się akumulatora generującego ciepło
Źródło ciepła, szybkość generowania ciepła, pojemność cieplna akumulatora i inne powiązane parametry modułu akumulatora są ściśle związane z jego naturą. Ciepło uwalniane przez akumulator zależy od jego chemicznej, mechanicznej i elektrycznej natury oraz właściwości, a zwłaszcza od natury reakcji elektrochemicznej. Energię cieplną wytwarzaną w reakcji akumulatora można wyrazić za pomocą ciepła reakcji akumulatora Qr; polaryzacja elektrochemiczna powoduje, że rzeczywiste napięcie akumulatora odbiega od jego równowagi elektromotorycznej, a strata energii spowodowana polaryzacją akumulatora jest wyrażona za pomocą Qp. Oprócz reakcji akumulatora przebiegającej zgodnie z równaniem reakcji, występują również pewne reakcje uboczne. Typowe reakcje uboczne obejmują rozkład elektrolitu i samorozładowanie akumulatora. Ciepło reakcji ubocznej generowane w tym procesie wynosi Qs. Ponadto, ponieważ każdy akumulator nieuchronnie będzie miał rezystancję, ciepło Joule'a Qj zostanie wygenerowane podczas przepływu prądu. Zatem całkowite ciepło akumulatora jest sumą ciepła następujących aspektów: Qt = Qr + Qp + Qs + Qj.
W zależności od konkretnego procesu ładowania (rozładowywania), główne czynniki powodujące generowanie ciepła przez akumulator są również różne. Na przykład, gdy akumulator jest normalnie naładowany, dominującym czynnikiem jest Qr; a na późniejszym etapie ładowania akumulatora, z powodu rozkładu elektrolitu, zaczynają zachodzić reakcje uboczne (ciepło reakcji ubocznej wynosi Qs), gdy akumulator jest prawie w pełni naładowany i przeładowany, głównie zachodzi rozkład elektrolitu, w którym dominuje Qs. Ciepło Joule'a Qj zależy od prądu i rezystancji. Powszechnie stosowana metoda ładowania odbywa się przy stałym prądzie, a Qj ma w tym momencie określoną wartość. Jednak podczas rozruchu i przyspieszania prąd jest stosunkowo wysoki. W przypadku HEV jest to równoważne prądowi od dziesiątek do setek amperów. W tym momencie ciepło Joule'a Qj jest bardzo duże i staje się głównym źródłem uwalniania ciepła z akumulatora.
Z punktu widzenia sterowalności zarządzania termicznego, systemy zarządzania termicznego można podzielić na dwa typy: aktywne i pasywne. Z punktu widzenia nośnika ciepła, systemy zarządzania termicznego można podzielić na: chłodzone powietrzem, chłodzone cieczą oraz magazynujące ciepło z przemianą fazową.
Zarządzanie ciepłem z wykorzystaniem powietrza jako medium przenoszącego ciepło
Nośnik ciepła ma znaczący wpływ na wydajność i koszt systemu zarządzania ciepłem. Zastosowanie powietrza jako nośnika ciepła ma na celu bezpośrednie wprowadzenie powietrza, tak aby przepływało ono przez moduł akumulatora, zapewniając rozproszenie ciepła. Zazwyczaj wymagane są wentylatory, wentylacja wlotowa i wylotowa oraz inne komponenty.
Ze względu na różne źródła poboru powietrza, wyróżnia się następujące formy:
1. Chłodzenie pasywne z wentylacją powietrza zewnętrznego
2. Pasywne chłodzenie/ogrzewanie w celu wentylacji powietrza w przedziale pasażerskim
3. Aktywne chłodzenie/ogrzewanie powietrza zewnętrznego lub w kabinie pasażerskiej
Pasywna struktura systemu jest stosunkowo prosta i bezpośrednio wykorzystuje istniejące środowisko. Na przykład, jeśli akumulator wymaga ogrzania zimą, gorące powietrze w kabinie pasażerskiej można wykorzystać do wdychania. Jeśli temperatura akumulatora jest zbyt wysoka podczas jazdy, a efekt chłodzenia powietrza w kabinie pasażerskiej jest niewystarczający, można wdychać zimne powietrze z zewnątrz, aby się ochłodzić.
W przypadku systemu aktywnego konieczne jest stworzenie oddzielnego systemu zapewniającego funkcje ogrzewania lub chłodzenia, który będzie niezależnie sterowany w zależności od stanu akumulatora, co również zwiększa zużycie energii i koszty eksploatacji pojazdu. Wybór różnych systemów zależy głównie od wymagań eksploatacyjnych akumulatora.
Zarządzanie ciepłem z wykorzystaniem cieczy jako medium przenoszącego ciepło
W celu wymiany ciepła z cieczą jako medium konieczne jest stworzenie połączenia cieplnego między modułem a cieczą, takiego jak płaszcz wodny, w celu przeprowadzenia pośredniego ogrzewania i chłodzenia poprzez konwekcję i przewodzenie ciepła. Medium cieplnym może być woda, glikol etylenowy, a nawet czynnik chłodniczy. Istnieje również bezpośrednia wymiana ciepła poprzez zanurzenie nabiegunnika w cieczy dielektrycznej, ale należy zastosować środki izolacyjne, aby uniknąć zwarcia.
Pasywne chłodzenie cieczą zazwyczaj wykorzystuje wymianę ciepła ciecz-powietrze otoczenia, a następnie wprowadza kokony do akumulatora w celu wtórnej wymiany ciepła. Natomiast chłodzenie aktywne wykorzystuje wymienniki ciepła ciecz-ciecz lub ogrzewanie elektryczne/olejowe do uzyskania chłodzenia pierwotnego. Ogrzewanie, chłodzenie pierwotne z wykorzystaniem klimatyzacji kabiny pasażerskiej, czynnik chłodniczy-ciecz.
System zarządzania ciepłem, w którym medium stanowią powietrze i ciecz, wymaga wentylatorów, pomp wodnych, wymienników ciepła, grzejników (Podgrzewacz powietrza PTC), rurociągi i inne akcesoria, przez co konstrukcja staje się zbyt duża i złożona, a ponadto zużywa energię akumulatora, gęstość mocy i gęstość energii akumulatora są obniżone.
(Płyn chłodzący PTCpodgrzewaczChłodzony wodą układ chłodzenia akumulatora wykorzystuje czynnik chłodniczy (50% wody/50% glikolu etylenowego) do przenoszenia ciepła z akumulatora do układu klimatyzacji poprzez chłodnicę akumulatora, a następnie do otoczenia poprzez skraplacz. Po wymianie ciepła przez chłodnicę akumulatora, temperatura wody importowanej jest łatwo obniżana, a akumulator można regulować w optymalnym zakresie temperatur roboczych; zasada działania układu jest przedstawiona na rysunku. Główne elementy układu chłodzenia obejmują: skraplacz, sprężarkę elektryczną, parownik, zawór rozprężny z zaworem odcinającym, chłodnicę akumulatora (zawór rozprężny z zaworem odcinającym) oraz przewody klimatyzacji itp.; obieg wody chłodzącej obejmuje:elektryczna pompa wodna, akumulator (w tym płyty chłodzące), chłodnice akumulatorów, rury wodne, zbiorniki wyrównawcze i inne akcesoria.
Czas publikacji: 13 lipca 2023 r.
