การวิเคราะห์ระบบการจัดการความร้อนของสื่อการถ่ายเทความร้อนของแบตเตอรี่พลังงาน

หนึ่งในเทคโนโลยีที่สำคัญของรถยนต์พลังงานใหม่คือแบตเตอรี่พลังงานคุณภาพของแบตเตอรี่จะกำหนดต้นทุนของรถยนต์ไฟฟ้าในด้านหนึ่ง และระยะการขับขี่ของรถยนต์ไฟฟ้าอีกด้านหนึ่งปัจจัยสำคัญสำหรับการยอมรับและการนำไปใช้อย่างรวดเร็ว

ตามลักษณะการใช้งาน ข้อกำหนด และขอบเขตการใช้งานของแบตเตอรี่กำลัง ประเภทการวิจัยและพัฒนาของแบตเตอรี่กำลังในและต่างประเทศมีดังนี้: แบตเตอรี่ตะกั่วกรด แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เซลล์เชื้อเพลิง ฯลฯ ซึ่งการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับความสนใจมากที่สุด

พฤติกรรมการสร้างความร้อนของแบตเตอรี่

แหล่งความร้อน อัตราการสร้างความร้อน ความจุความร้อนของแบตเตอรี่ และพารามิเตอร์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้องของโมดูลพลังงานแบตเตอรี่มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับธรรมชาติของแบตเตอรี่ความร้อนที่ปล่อยออกมาจากแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับลักษณะและคุณลักษณะทางเคมี เครื่องกล และไฟฟ้าของแบตเตอรี่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งลักษณะของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าพลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาของแบตเตอรี่สามารถแสดงได้ด้วยความร้อนจากปฏิกิริยาของแบตเตอรี่ Qr;โพลาไรเซชันเคมีไฟฟ้าทำให้แรงดันไฟฟ้าที่แท้จริงของแบตเตอรี่เบี่ยงเบนไปจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่สมดุล และการสูญเสียพลังงานที่เกิดจากโพลาไรเซชันของแบตเตอรี่จะแสดงโดย Qpนอกจากปฏิกิริยาของแบตเตอรี่ที่เกิดขึ้นตามสมการปฏิกิริยาแล้ว ยังมีปฏิกิริยาข้างเคียงอีกด้วยปฏิกิริยาข้างเคียงโดยทั่วไป ได้แก่ การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์และการคายประจุแบตเตอรี่เองความร้อนจากปฏิกิริยาด้านข้างที่เกิดขึ้นในกระบวนการนี้คือ Qsนอกจากนี้ เนื่องจากแบตเตอรี่ใดๆ ก็ตามจะมีความต้านทานอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ จูลความร้อน Qj จะถูกสร้างขึ้นเมื่อมีกระแสไหลผ่านดังนั้น ความร้อนรวมของแบตเตอรี่คือผลรวมของความร้อนในด้านต่างๆ ต่อไปนี้: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj

ขึ้นอยู่กับกระบวนการชาร์จ (คายประจุ) เฉพาะ ปัจจัยหลักที่ทำให้แบตเตอรี่สร้างความร้อนก็แตกต่างกันเช่นกันตัวอย่างเช่น เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ตามปกติ Qr จะเป็นปัจจัยหลักและในระยะต่อมาของการชาร์จแบตเตอรี่ เนื่องจากการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ ปฏิกิริยาข้างเคียงจึงเริ่มเกิดขึ้น (ความร้อนของปฏิกิริยาด้านข้างคือ Qs) เมื่อแบตเตอรี่ชาร์จเกือบเต็มและชาร์จมากเกินไป สิ่งที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่คือการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ โดยที่ Qs มีอิทธิพลเหนือ .ความร้อนของจูล Qj ขึ้นอยู่กับกระแสและความต้านทานวิธีการชาร์จที่ใช้กันทั่วไปดำเนินการภายใต้กระแสคงที่ และ Qj เป็นค่าเฉพาะในขณะนี้อย่างไรก็ตามในระหว่างการสตาร์ทและการเร่งความเร็ว กระแสไฟฟ้าค่อนข้างสูงสำหรับ HEV ค่านี้เทียบเท่ากับกระแสหลายสิบแอมแปร์ถึงหลายร้อยแอมแปร์ในเวลานี้ ความร้อนของจูล Qj มีขนาดใหญ่มากและกลายเป็นแหล่งหลักของการปล่อยความร้อนของแบตเตอรี่

จากมุมมองของความสามารถในการควบคุมการจัดการระบายความร้อน ระบบการจัดการระบายความร้อนสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท: แบบแอคทีฟและพาสซีฟจากมุมมองของตัวกลางการถ่ายเทความร้อน ระบบการจัดการความร้อนสามารถแบ่งออกเป็น: ระบายความร้อนด้วยอากาศ ระบายความร้อนด้วยของเหลว และการจัดเก็บความร้อนแบบเปลี่ยนเฟส

การจัดการความร้อนโดยใช้อากาศเป็นตัวกลางในการถ่ายเทความร้อน

ตัวกลางการถ่ายเทความร้อนมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพและต้นทุนของระบบการจัดการระบายความร้อนการใช้อากาศเป็นสื่อการถ่ายเทความร้อนคือการแนะนำอากาศโดยตรงเพื่อให้อากาศไหลผ่านโมดูลแบตเตอรี่เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการกระจายความร้อนโดยทั่วไป จำเป็นต้องมีพัดลม การระบายอากาศทางเข้าและทางออก และส่วนประกอบอื่นๆ
ตามแหล่งที่มาของอากาศเข้า โดยทั่วไปจะมีรูปแบบดังต่อไปนี้:
1 การระบายความร้อนแบบพาสซีฟพร้อมการระบายอากาศจากภายนอก
2. ระบบทำความเย็น/ทำความร้อนแบบพาสซีฟสำหรับการระบายอากาศในห้องโดยสาร
3. การทำความเย็น/ทำความร้อนแบบแอคทีฟของอากาศภายนอกหรือห้องโดยสาร
โครงสร้างระบบพาสซีฟค่อนข้างเรียบง่ายและใช้ประโยชน์จากสภาพแวดล้อมที่มีอยู่โดยตรงตัวอย่างเช่น หากจำเป็นต้องอุ่นแบตเตอรี่ในฤดูหนาว สภาพแวดล้อมที่ร้อนในห้องโดยสารก็สามารถใช้เพื่อสูดอากาศเข้าไปได้หากอุณหภูมิของแบตเตอรี่สูงเกินไปในระหว่างขับขี่และผลการทำความเย็นของอากาศในห้องโดยสารไม่ดี อากาศเย็นจากภายนอกสามารถสูดเข้าไปเพื่อทำให้เย็นลงได้

สำหรับระบบที่ใช้งานอยู่ จำเป็นต้องสร้างระบบแยกต่างหากเพื่อให้มีฟังก์ชันการทำความร้อนหรือความเย็น และควบคุมอย่างอิสระตามสถานะของแบตเตอรี่ ซึ่งยังเพิ่มการใช้พลังงานและต้นทุนของยานพาหนะอีกด้วยการเลือกใช้ระบบต่างๆ ขึ้นอยู่กับความต้องการใช้งานของแบตเตอรี่เป็นหลัก

การจัดการความร้อนโดยใช้ของเหลวเป็นตัวกลางในการถ่ายเทความร้อน

สำหรับการถ่ายเทความร้อนโดยใช้ของเหลวเป็นตัวกลาง จำเป็นต้องสร้างการสื่อสารการถ่ายเทความร้อนระหว่างโมดูลและตัวกลางที่เป็นของเหลว เช่น แจ็คเก็ตน้ำ เพื่อดำเนินการทำความร้อนและความเย็นทางอ้อมในรูปแบบของการพาความร้อนและการนำความร้อนตัวกลางการถ่ายเทความร้อนอาจเป็นน้ำ เอทิลีนไกลคอล หรือแม้แต่สารทำความเย็นนอกจากนี้ยังมีการถ่ายเทความร้อนโดยตรงโดยการจุ่มชิ้นขั้วในของเหลวของอิเล็กทริก แต่ต้องใช้มาตรการฉนวนเพื่อหลีกเลี่ยงการลัดวงจร

การระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบพาสซีฟโดยทั่วไปจะใช้การแลกเปลี่ยนความร้อนในอากาศระหว่างของเหลวกับของเหลว จากนั้นจึงนำรังไหมเข้าไปในแบตเตอรี่เพื่อการแลกเปลี่ยนความร้อนสำรอง ในขณะที่การระบายความร้อนแบบแอคทีฟจะใช้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนปานกลางของน้ำหล่อเย็นเครื่องยนต์-ของเหลว หรือการทำความร้อนด้วยไฟฟ้า/การให้ความร้อนด้วยน้ำมันความร้อนเพื่อให้ได้การระบายความร้อนเบื้องต้นเครื่องทำความร้อน, ทำความเย็นเบื้องต้นด้วยเครื่องปรับอากาศในห้องโดยสาร/เครื่องปรับอากาศ สารทำความเย็น-ของเหลว
ระบบการจัดการระบายความร้อนด้วยอากาศและของเหลวเป็นตัวกลาง ต้องใช้พัดลม ปั๊มน้ำ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องทำความร้อน (เครื่องทำความร้อนอากาศ PTC) ท่อและอุปกรณ์เสริมอื่นๆ เพื่อทำให้โครงสร้างมีขนาดใหญ่และซับซ้อนเกินไป และยังใช้พลังงานแบตเตอรี่ อาร์เรย์ ความหนาแน่นของพลังงานและความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่จะลดลง
(น้ำยาหล่อเย็น PTCเครื่องทำความร้อน) ระบบระบายความร้อนด้วยแบตเตอรี่แบบระบายความร้อนด้วยน้ำใช้สารหล่อเย็น (น้ำ 50%/เอทิลีนไกลคอล 50%) เพื่อถ่ายเทความร้อนจากแบตเตอรี่ไปยังระบบทำความเย็นของเครื่องปรับอากาศผ่านตัวทำความเย็นแบตเตอรี่ จากนั้นส่งต่อความร้อนสู่สิ่งแวดล้อมผ่านคอนเดนเซอร์อุณหภูมิของน้ำที่นำเข้านั้นง่ายต่อการเข้าถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าหลังจากการแลกเปลี่ยนความร้อนโดยตัวทำความเย็นแบตเตอรี่ และแบตเตอรี่สามารถปรับให้ทำงานในช่วงอุณหภูมิการทำงานที่ดีที่สุดหลักการของระบบดังแสดงในรูปส่วนประกอบหลักของระบบทำความเย็น ได้แก่ คอนเดนเซอร์ คอมเพรสเซอร์ไฟฟ้า เครื่องระเหย วาล์วขยายพร้อมวาล์วหยุด แบตเตอรี่คูลเลอร์ (วาล์วขยายพร้อมวาล์วหยุด) และท่อเครื่องปรับอากาศ ฯลฯวงจรน้ำหล่อเย็นประกอบด้วย:ปั๊มน้ำไฟฟ้า, แบตเตอรี่ (รวมถึงแผ่นทำความเย็น), แบตเตอรี่คูลเลอร์, ท่อน้ำ, ถังขยาย และอุปกรณ์เสริมอื่น ๆ