การวิเคราะห์ระบบจัดการความร้อนของตัวกลางถ่ายเทความร้อนหลักสามชนิดของแบตเตอรี่กำลังสูง

หนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญของรถยนต์พลังงานใหม่คือแบตเตอรี่ คุณภาพของแบตเตอรี่เป็นตัวกำหนดต้นทุนของรถยนต์ไฟฟ้าในด้านหนึ่ง และระยะทางการขับขี่ของรถยนต์ไฟฟ้าในอีกด้านหนึ่ง จึงเป็นปัจจัยสำคัญต่อการยอมรับและการนำไปใช้ในวงกว้าง

ตามลักษณะการใช้งาน ข้อกำหนด และขอบเขตการใช้งานของแบตเตอรี่กำลังสูง ประเภทของการวิจัยและพัฒนาแบตเตอรี่กำลังสูงทั้งในและต่างประเทศโดยคร่าวๆ ได้แก่ แบตเตอรี่ตะกั่วกรด แบตเตอรี่นิกเกลแคดเมียม แบตเตอรี่นิกเกลเมทัลไฮไดรด์ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เซลล์เชื้อเพลิง เป็นต้น ซึ่งในจำนวนนี้ การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับความสนใจมากที่สุด

พฤติกรรมการสร้างความร้อนของแบตเตอรี่กำลัง

แหล่งกำเนิดความร้อน อัตราการเกิดความร้อน ความจุความร้อนของแบตเตอรี่ และพารามิเตอร์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้องของโมดูลแบตเตอรี่กำลังนั้นมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับธรรมชาติของแบตเตอรี่ ความร้อนที่ปล่อยออกมาจากแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับธรรมชาติและคุณลักษณะทางเคมี กลไก และไฟฟ้าของแบตเตอรี่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งธรรมชาติของปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้า พลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาของแบตเตอรี่สามารถแสดงได้ด้วยความร้อนจากปฏิกิริยาของแบตเตอรี่ Qr การโพลาไรเซชันทางเคมีไฟฟ้าทำให้แรงดันไฟฟ้าจริงของแบตเตอรี่เบี่ยงเบนจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าสมดุล และการสูญเสียพลังงานที่เกิดจากการโพลาไรเซชันของแบตเตอรี่แสดงด้วย Qp นอกจากปฏิกิริยาของแบตเตอรี่ที่ดำเนินไปตามสมการปฏิกิริยาแล้ว ยังมีปฏิกิริยาข้างเคียงบางอย่างอีกด้วย ปฏิกิริยาข้างเคียงทั่วไป ได้แก่ การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์และการคายประจุเองของแบตเตอรี่ ความร้อนจากปฏิกิริยาข้างเคียงที่เกิดขึ้นในกระบวนการนี้คือ Qs นอกจากนี้ เนื่องจากแบตเตอรี่ทุกก้อนย่อมมีความต้านทาน ความร้อนจูล Qj จะเกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ดังนั้น ความร้อนทั้งหมดของแบตเตอรี่จึงเป็นผลรวมของความร้อนในด้านต่างๆ ดังต่อไปนี้: Qt = Qr + Qp + Qs + Qj

ขึ้นอยู่กับกระบวนการชาร์จ (หรือคายประจุ) ที่เฉพาะเจาะจง ปัจจัยหลักที่ทำให้แบตเตอรี่เกิดความร้อนก็แตกต่างกันไป ตัวอย่างเช่น เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ตามปกติ ความร้อนจูล (Qr) จะเป็นปัจจัยหลัก และในระยะหลังของการชาร์จแบตเตอรี่ เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์สลายตัว ปฏิกิริยาข้างเคียงจึงเริ่มเกิดขึ้น (ความร้อนจากปฏิกิริยาข้างเคียงคือ Qs) เมื่อแบตเตอรี่ใกล้เต็มหรือชาร์จเกิน สิ่งที่เกิดขึ้นหลักๆ คือการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ ซึ่ง Qs จะเป็นปัจจัยหลัก ความร้อนจูล (Qj) ขึ้นอยู่กับกระแสและความต้านทาน วิธีการชาร์จที่ใช้กันทั่วไปจะดำเนินการภายใต้กระแสคงที่ และ Qj จะมีค่าเฉพาะ ณ เวลานั้น อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการสตาร์ทและการเร่งความเร็ว กระแสจะค่อนข้างสูง สำหรับรถยนต์ไฮบริด กระแสนี้จะเทียบเท่ากับกระแสหลายสิบแอมแปร์ถึงหลายร้อยแอมแปร์ ณ เวลานี้ ความร้อนจูล (Qj) จะมีค่ามากและกลายเป็นแหล่งความร้อนหลักของแบตเตอรี่

จากมุมมองของการควบคุมการจัดการความร้อน ระบบจัดการความร้อน (เอชวีเอช) สามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท: แบบแอคทีฟและแบบพาสซีฟ จากมุมมองของตัวกลางในการถ่ายเทความร้อน ระบบจัดการความร้อนสามารถแบ่งออกได้เป็น: แบบระบายความร้อนด้วยอากาศ(เครื่องทำความร้อนอากาศ PTC), ระบายความร้อนด้วยของเหลว(เครื่องทำความร้อนน้ำหล่อเย็น PTC) และการเก็บความร้อนแบบเปลี่ยนสถานะ