Az akkumulátor hőkezelése
Miért elengedhetetlenek a folyékony hűtőlemezek az elektromos járművek akkumulátorának hűtéséhez?
A lítium--ionos akkumulátorok megváltoztatták az energia tárolási és felhasználási módját. Az elektromos járművektől és az energiatároló rendszerektől az ipari berendezésekig és a gyorstöltő alkalmazásokig-az akkumulátorok várhatóan nagyobb teljesítményt, hosszabb üzemidőt és gyorsabb töltési sebességet biztosítanak.
A nagyobb energiasűrűség azonban jelentős mérnöki kihívást jelent: a hőt.
Minden akkumulátorcsomag hőt termel működés közben. A töltés hőt termel. A kisütés hőt termel. A nagy-teljesítményű alkalmazások, különösen a gyors töltés és a nagyáramú kisütés, még tovább növelhetik a hőtermelést.
A kihívás nem egyszerűen a hő eltávolítása az akkumulátorcsomagból. Az igazi kihívás az, hogy minden akkumulátorcellát stabil hőmérsékleti tartományon belül tartsunk, miközben minimalizáljuk a cellák közötti hőmérséklet-különbségeket.
Itt vanakkumulátor hőkezeléselengedhetetlenné válik.
A hatékony hőkezelési rendszer javítja az akkumulátor teljesítményét, meghosszabbítja az élettartamot, fenntartja a töltési hatékonyságot és csökkenti a biztonsági kockázatokat. A modernnekEV akkumulátorokés energiatároló rendszerek,folyadékhűtés alumínium folyadékhűtő lemezekkelaz egyik legmegbízhatóbb megoldás lett.
Miért fontos az akkumulátor hőkezelése?
A lítium{0}}ionos akkumulátorok nagyon érzékenyek a hőmérsékletre.
A legtöbb lítium-ion cella viszonylag szűk hőmérséklet-tartományban működik a leghatékonyabban, jellemzően 15-35 fok között. Amikor az akkumulátor hőmérséklete ezen a tartományon kívülre kerül, az elektrokémiai teljesítmény csökkenni kezd.
Az akkumulátor hőkezelési rendszerét (BTMS) úgy tervezték, hogy szabályozza a hőtermelést, a hőelvonást és a hőmérséklet-eloszlást az akkumulátorcsomagban.
Egy jól{0}}megtervezett hőkezelési rendszernek három fő célt kell elérnie:
***Tartsa a cellákat az optimális működési hőmérsékleti tartományon belül
***Csökkentse az egyes cellák közötti hőmérséklet-különbséget
***Akadályozza meg a túlmelegedést nagy{0}}teljesítményű működés közben
Ez különösen fontos, mivel az akkumulátorrendszerek erősebbé válnak.
Például egy elektromos jármű akkumulátorcsomagja több száz vagy akár több ezer egyedi cellát is tartalmazhat. Ha egyes cellák lényegesen melegebben működnek, mint mások, az egész akkumulátorcsomag egyenetlen öregedést szenvedhet.
Általában a legforróbb cellák határozzák meg a csomag általános korlátait.
Más szavakkal, az akkumulátorcsomag csak annyira erős, amennyire a leggyengébb hőpontja van.
Mi történik, ha az akkumulátorok túlmelegednek?
A hő az egyik legnagyobb tényező, amely befolyásolja a lítium{0}}ion akkumulátor teljesítményét és élettartamát.
Ha az akkumulátor hőmérséklete túlságosan megemelkedik, számos probléma léphet fel.
1. Gyorsabb akkumulátorromlás
A magas hőmérséklet felgyorsítja a nem kívánt kémiai reakciókat a lítium{0}}ion cellákban.
Idővel ez a következőkhöz vezethet:
>>>Csökkentett akkumulátor kapacitás
>>>Megnövekedett belső ellenállás
>>>Rövidebb ciklus élettartam
>>>Alacsonyabb töltési hatékonyság
A megemelt hőmérsékleten folyamatosan működő akkumulátor teljesítménye sokkal gyorsabban csökkenhet, mint az ellenőrzött hőmérsékleti körülmények között karbantartott akkumulátor.
2. Fokozott biztonsági kockázatok
Az extrém túlmelegedés veszélyes körülményeket teremthet a lítium-{0}}ion cellákban.
Ha a belső hőmérséklet a biztonságos határérték fölé emelkedik, az akkumulátor anyaga instabillá válhat. Súlyos helyzetekben ez hőkiürítést válthat ki, ahol a hőtermelés önfenntartóvá válik, és átterjed egyik celláról a másikra.
Éppen ezért a túlzott hőfelhalmozódás megakadályozása alapvető követelmény az elektromos járművek és az energiatároló akkumulátorok tervezésében.
3. Csökkentett töltési teljesítmény
A gyors töltés jelentős hőterhelést jelent az akkumulátorokra.
Erős{0}}áramú töltés során a lítium-ionok gyorsan mozognak az elektródák között. Ha a hőt nem lehet hatékonyan eltávolítani, előfordulhat, hogy csökkenteni kell a töltési sebességet az akkumulátor egészségének védelme érdekében.
Ez közvetlen konfliktust okoz:
Az ügyfelek gyorsabb töltést szeretnének.
Az akkumulátormérnököknek jobb hőszabályozásra van szükségük.
A hatékony hőkezelés segít megoldani ezt a kihívást azáltal, hogy gyorsan eltávolítja a hőt, miközben fenntartja a stabil cella hőmérsékletet.
Miért ugyanolyan fontos a hőmérséklet egyenletessége?
Sokan azt hiszik, hogy az akkumulátor hűtése csak a hőmérséklet csökkentéséről szól.
A hőmérséklet egyenletessége azonban ugyanolyan fontos.
Egy akkumulátorcsomag több száz egymáshoz csatlakoztatott cellát tartalmazhat. Ha a csomag egyik része melegebben működik, mint a másik, ezek a sejtek eltérően öregszenek.
Például:
A melegebb sejtek gyorsabban bomlanak le
A hűvösebb cellák jobb teljesítményt tartanak fenn
A teljes akkumulátor-felügyeleti rendszernek korlátoznia kell a működést a leggyengébb cellák alapján
Ezért az akkumulátor hőkezelésének célja nem egyszerűen:
– Tedd hűvösebbé az akkumulátort.
Az igazi cél:
"Minden cella hasonló és optimális hőmérsékleten működjön."
Ez az egyik oka annakfolyékony hűtőrendszerekegyre gyakoribbak a modern akkumulátorcsomagokban.
Léghűtés vs. folyadékhűtés akkumulátorcsomagokhoz
A korai elektromos járművek és az alacsony fogyasztású{0}}akkumulátorrendszerek gyakran használtak léghűtést, mert az egyszerű, könnyű és olcsó volt.
Az akkumulátor energiasűrűségének és a töltési sebességnek a növekedésével azonban a hagyományos léghűtés korlátokat mutatott.
A léghűtés korlátai
A levegő hővezető képessége viszonylag alacsony a folyékony hűtőközeghez képest.
Még ventilátorok és légáramlási csatornák esetén is nehézkessé válik a nagy mennyiségű hő eltávolítása a sűrűn csomagolt akkumulátormodulokból.
A gyakori kihívások a következők:
Egyenetlen hűtés a cellák között
Korlátozott hűtőteljesítmény
Nagyobb helyigény
Nagyobb zaj a ventilátoroktól
Nehézségek a gyors töltés támogatásában
Alacsony fogyasztású{0}}alkalmazások esetén a léghűtés továbbra is megfelelő lehet.
De azértnagy teljesítményű elektromos{0}}akkumulátorokés energiatároló rendszerek, erősebb hűtési képességre van szükség.
Miért vált a folyékony hűtés a preferált megoldás?
Folyékony hűtéshűtőfolyadékot, rendszerint víz{0}}glikol keveréket használ, hogy elvezetje a hőt az akkumulátorcelláktól.
A levegővel összehasonlítva a folyékony hűtőfolyadéknak:
***Nagyobb hőkapacitás
***Jobb hővezető képesség
*** Hatékonyabb hőátadó képesség
A folyadékhűtő lemez akkumulátorokhozAz akkumulátormodulok alá vagy mellé szerelve közvetlen hőátadási utat biztosít.
Akkumulátor cella
↓
Termikus interfész anyag (TIM)
↓
↓
Hűtőfolyadék csatorna
↓
Külső hűtőrendszer
Ez a kialakítás lehetővé teszi a hő hatékonyabb eltávolítását, miközben egyenletesebb hőmérsékletet biztosít az akkumulátorcsomagban.
A modern elektromos járművek akkumulátoraihoz, energiatároló rendszereihez és nagy{0}}teljesítményű alkalmazásokhozfolyadékhűtésaz előnyben részesített hőkezelési megközelítés lett.
