1. Charakterystyka akumulatorów litowych do pojazdów o nowych źródłach energii
Akumulatory litowe charakteryzują się przede wszystkim niskim współczynnikiem samorozładowania, wysoką gęstością energii, długimi cyklami rozładowania i wysoką sprawnością podczas użytkowania. Wykorzystanie akumulatorów litowych jako głównego źródła energii jest równoznaczne z uzyskaniem dobrego źródła zasilania. Dlatego też, w składzie głównych komponentów pojazdów zasilanych nową energią, akumulator litowy, połączony z ogniwem litowym, stał się ich najważniejszym elementem, stanowiącym rdzeń i źródło zasilania. Podczas pracy akumulatorów litowych występują pewne wymagania dotyczące otoczenia. Zgodnie z wynikami eksperymentów, optymalna temperatura pracy wynosi od 20°C do 40°C. Przekroczenie określonej temperatury wokół akumulatora powoduje znaczne obniżenie jego wydajności i skrócenie żywotności. Zbyt niska temperatura wokół akumulatora litowego powoduje, że końcowa pojemność rozładowania i napięcie rozładowania będą odbiegać od zadanej normy, a ich spadek będzie gwałtowny.
Jeśli temperatura otoczenia jest zbyt wysoka, prawdopodobieństwo niekontrolowanego wzrostu temperatury akumulatora litowego znacznie wzrośnie, a ciepło wewnętrzne będzie gromadzić się w określonym miejscu, powodując poważne problemy z akumulacją ciepła. Jeśli ta część ciepła nie będzie mogła być płynnie odprowadzana, a czas pracy akumulatora litowego ulegnie wydłużeniu, akumulator będzie podatny na eksplozję. To zagrożenie bezpieczeństwa stanowi poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa osobistego, dlatego akumulatory litowe muszą być wyposażone w elektromagnetyczne urządzenia chłodzące, aby poprawić bezpieczeństwo całego sprzętu podczas pracy. Można zauważyć, że kontrolując temperaturę akumulatorów litowych, naukowcy muszą racjonalnie wykorzystywać urządzenia zewnętrzne do odprowadzania ciepła i kontrolowania optymalnej temperatury pracy akumulatorów litowych. Po osiągnięciu odpowiednich norm kontroli temperatury, cel bezpiecznej jazdy pojazdami zasilanymi nowymi źródłami energii nie będzie już zagrożony.
2. Mechanizm generowania ciepła w akumulatorze litowo-jonowym pojazdu o napędzie elektrycznym
Chociaż akumulatory te mogą być wykorzystywane jako urządzenia zasilające, w praktyce różnice między nimi są bardziej oczywiste. Niektóre akumulatory mają poważniejsze wady, dlatego producenci nowych pojazdów energetycznych powinni dokonywać ostrożnego wyboru. Na przykład akumulator kwasowo-ołowiowy zapewnia wystarczającą moc dla środkowej gałęzi, ale podczas eksploatacji powoduje duże szkody w środowisku, które później będą nieodwracalne. Dlatego, w celu ochrony bezpieczeństwa ekologicznego, kraj umieścił akumulatory kwasowo-ołowiowe na liście substancji zakazanych. W okresie rozwoju akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe zyskały duże możliwości, technologia ich rozwoju stopniowo dojrzewała, a zakres ich zastosowań również się rozszerzył. Jednak w porównaniu z akumulatorami litowymi ich wady są nieco oczywiste. Na przykład, przeciętnym producentom akumulatorów trudno jest kontrolować koszty produkcji akumulatorów niklowo-metalowo-wodorkowych. W rezultacie cena akumulatorów niklowo-wodorkowych na rynku pozostaje wysoka. Niektóre marki nowych pojazdów energetycznych, które dążą do optymalizacji kosztów, raczej nie będą rozważać ich wykorzystania jako części samochodowych. Co ważniejsze, akumulatory Ni-MH są znacznie bardziej wrażliwe na temperaturę otoczenia niż akumulatory litowe i częściej ulegają zapłonowi w wysokich temperaturach. Po licznych porównaniach akumulatory litowe wyróżniają się i są obecnie szeroko stosowane w pojazdach napędzanych nowymi źródłami energii.
Powodem, dla którego baterie litowe mogą dostarczać energię do nowych pojazdów energetycznych, jest właśnie to, że ich dodatnie i ujemne elektrody mają aktywne materiały. Podczas procesu ciągłego osadzania i wydobywania materiałów uzyskuje się dużą ilość energii elektrycznej, a następnie, zgodnie z zasadą konwersji energii, energia elektryczna i energia kinetyczna są przetwarzane w celu osiągnięcia celu wymiany, dostarczając w ten sposób dużą moc do nowych pojazdów energetycznych, co pozwala na osiągnięcie celu, jakim jest chodzenie z samochodem. Jednocześnie, gdy ogniwo baterii litowej ulega reakcji chemicznej, będzie ono miało funkcję pochłaniania ciepła i uwalniania ciepła, aby zakończyć konwersję energii. Ponadto atom litu nie jest statyczny, może poruszać się w sposób ciągły między elektrolitem a membraną, a występuje polaryzacja oporu wewnętrznego.
Teraz ciepło będzie również odpowiednio uwalniane. Jednak temperatura wokół akumulatora litowego w pojazdach zasilanych nowymi źródłami energii jest zbyt wysoka, co może łatwo doprowadzić do rozkładu separatorów dodatnich i ujemnych. Ponadto, skład nowego akumulatora litowego składa się z wielu pakietów akumulatorów. Ciepło generowane przez wszystkie pakiety akumulatorów znacznie przekracza ciepło generowane przez pojedynczy akumulator. Gdy temperatura przekroczy ustaloną wartość, akumulator jest niezwykle podatny na eksplozję.
3. Kluczowe technologie systemu zarządzania temperaturą akumulatora
System zarządzania akumulatorami w pojazdach o napędzie elektrycznym, zarówno w kraju, jak i za granicą, wzbudził duże zainteresowanie, zainicjował szereg badań i uzyskał liczne rezultaty. Niniejszy artykuł koncentruje się na dokładnej ocenie pozostałej mocy akumulatora w systemie zarządzania temperaturą akumulatora pojazdu o napędzie elektrycznym, zarządzaniu bilansem akumulatora oraz kluczowych technologiach stosowanych w tym systemie.system zarządzania ciepłem.
3.1 Metoda oceny mocy resztkowej układu zarządzania temperaturą akumulatora
Naukowcy włożyli wiele energii i wysiłku w ocenę stanu naładowania akumulatora (SOC), wykorzystując głównie algorytmy danych naukowych, takie jak metoda całki amperogodzinowej, metoda modelu liniowego, metoda sieci neuronowych i metoda filtru Kalmana, do przeprowadzenia licznych eksperymentów symulacyjnych. Jednak podczas stosowania tej metody często pojawiają się błędy obliczeniowe. Jeśli błąd nie zostanie skorygowany w odpowiednim czasie, różnica między wynikami obliczeń będzie się stale zwiększać. Aby zrekompensować ten defekt, naukowcy zazwyczaj łączą metodę oceny Anshi z innymi metodami, aby wzajemnie się weryfikować i uzyskać jak najdokładniejsze wyniki. Dzięki dokładnym danym naukowcy mogą precyzyjnie oszacować prąd rozładowania akumulatora.
3.2 Zrównoważone zarządzanie systemem zarządzania temperaturą akumulatora
System zarządzania równowagą w systemie zarządzania temperaturą akumulatora służy głównie do koordynacji napięcia i mocy poszczególnych części akumulatora. Po użyciu różnych akumulatorów w różnych częściach, moc i napięcie będą się różnić. W tym przypadku, aby wyeliminować różnicę między nimi, należy zastosować system zarządzania równowagą. Niespójność. Obecnie jest to najpowszechniej stosowana technika zarządzania równowagą.
Dzieli się ona zasadniczo na dwa rodzaje: korekcję pasywną i korekcję aktywną. Z punktu widzenia zastosowania, zasady implementacji tych dwóch rodzajów metod korekcji są zupełnie różne.
(1) Równoważenie pasywne. Zasada pasywnego wyrównywania napięcia wykorzystuje proporcjonalną zależność między mocą akumulatora a napięciem, opartą na danych napięciowych pojedynczego ciągu akumulatorów, a konwersja tych dwóch wartości odbywa się zazwyczaj poprzez rozładowanie rezystancyjne: energia akumulatora dużej mocy generuje ciepło poprzez ogrzewanie rezystancyjne, które następnie rozprasza się w powietrzu, osiągając cel, jakim jest utrata energii. Jednak ta metoda wyrównywania napięcia nie poprawia efektywności wykorzystania akumulatora. Ponadto, jeśli rozpraszanie ciepła jest nierównomierne, akumulator nie będzie w stanie prawidłowo zarządzać temperaturą z powodu problemu przegrzania.
(2) Równowaga aktywna. Równowaga aktywna jest ulepszoną wersją równowagi pasywnej, która rekompensuje jej wady. Z punktu widzenia zasady realizacji, zasada równowagi aktywnej nie odnosi się do zasady równowagi pasywnej, lecz przyjmuje zupełnie inną, nową koncepcję: równowaga aktywna nie przekształca energii elektrycznej akumulatora w energię cieplną, lecz rozprasza ją, dzięki czemu energia o wysokiej energii jest przenoszona. Energia z akumulatora jest przenoszona do akumulatora o niskiej energii. Co więcej, ten rodzaj transmisji nie narusza prawa zachowania energii i ma zalety niskich strat, wysokiej efektywności wykorzystania i szybkich rezultatów. Jednakże struktura składowa układu równowagi jest stosunkowo skomplikowana. Jeśli punkt równowagi nie jest odpowiednio kontrolowany, może to spowodować nieodwracalne uszkodzenie akumulatora ze względu na jego nadmierne rozmiary. Podsumowując, zarówno aktywne, jak i pasywne zarządzanie równowagą mają swoje wady i zalety. W konkretnych zastosowaniach badacze mogą dokonywać wyborów w zależności od pojemności i liczby szeregów akumulatorów litowych. Akumulatory litowe o małej pojemności i małej liczbie ogniw nadają się do pasywnego zarządzania wyrównywaniem, a akumulatory litowe o dużej pojemności i dużej mocy nadają się do aktywnego zarządzania wyrównywaniem.
3.3 Główne technologie stosowane w systemie zarządzania temperaturą akumulatora
(1) Określ optymalny zakres temperatur pracy akumulatora. System zarządzania temperaturą służy głównie do koordynowania temperatury wokół akumulatora, dlatego, aby zapewnić skuteczność działania systemu zarządzania temperaturą, kluczowa technologia opracowana przez naukowców służy głównie do określania temperatury roboczej akumulatora. Dopóki temperatura akumulatora utrzymuje się w odpowiednim zakresie, akumulator litowy może zawsze być w najlepszym stanie technicznym, zapewniając wystarczającą moc do zasilania pojazdów o nowych źródłach energii. W ten sposób wydajność akumulatora litowego w pojazdach o nowych źródłach energii może być zawsze doskonała.
(2) Obliczanie zakresu temperaturowego akumulatora i prognozowanie temperatury. Technologia ta wymaga dużej liczby obliczeń opartych na modelach matematycznych. Naukowcy wykorzystują odpowiednie metody obliczeniowe, aby uzyskać różnicę temperatur wewnątrz akumulatora i na tej podstawie prognozować możliwe zachowanie się akumulatora pod względem temperatury.
(3) Wybór nośnika ciepła. Lepsza wydajność systemu zarządzania temperaturą zależy od wyboru nośnika ciepła. Większość obecnych pojazdów z napędem elektrycznym wykorzystuje powietrze/płyn chłodzący jako nośnik ciepła. Ta metoda chłodzenia jest prosta w obsłudze, tania w produkcji i doskonale nadaje się do odprowadzania ciepła z akumulatora.Podgrzewacz powietrza PTC/Podgrzewacz płynu chłodzącego PTC)
(4) Zastosowano równoległą konstrukcję wentylacji i odprowadzania ciepła. Konstrukcja wentylacji i odprowadzania ciepła między akumulatorami litowymi umożliwia zwiększenie przepływu powietrza, dzięki czemu może być ono równomiernie rozprowadzane między akumulatorami, skutecznie rozwiązując problem różnicy temperatur między modułami akumulatorowymi.
(5) Wybór punktu pomiaru wentylatora i temperatury. W tym module naukowcy wykorzystali dużą liczbę eksperymentów do przeprowadzenia obliczeń teoretycznych, a następnie zastosowali metody mechaniki płynów do uzyskania wartości zużycia energii przez wentylator. Następnie, wykorzystując metodę elementów skończonych, badacze znajdą najbardziej odpowiedni punkt pomiaru temperatury, aby uzyskać dokładne dane dotyczące temperatury akumulatora.
Czas publikacji: 10.09.2024
