แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานหลักของรถยนต์พลังงานใหม่ จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อรถยนต์พลังงานใหม่ ในระหว่างการใช้งานจริง แบตเตอรี่จะต้องเผชิญกับสภาวะการทำงานที่ซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงได้ เพื่อเพิ่มระยะทางการวิ่ง รถยนต์จำเป็นต้องติดตั้งแบตเตอรี่ให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในพื้นที่ที่กำหนด ดังนั้นพื้นที่สำหรับชุดแบตเตอรี่ในรถยนต์จึงมีจำกัดมาก แบตเตอรี่จะสร้างความร้อนจำนวนมากในระหว่างการทำงานของรถยนต์และสะสมความร้อนในพื้นที่ค่อนข้างเล็กเมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากเซลล์ในชุดแบตเตอรี่เรียงตัวกันอย่างหนาแน่น จึงทำให้การระบายความร้อนในบริเวณตรงกลางทำได้ยากขึ้น ส่งผลให้เกิดความไม่สม่ำเสมอของอุณหภูมิระหว่างเซลล์ ซึ่งจะลดประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ และส่งผลต่อกำลังไฟของแบตเตอรี่ นอกจากนี้ยังอาจทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและส่งผลต่อความปลอดภัยและอายุการใช้งานของระบบ
อุณหภูมิของแบตเตอรี่มีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพ อายุการใช้งาน และความปลอดภัยของแบตเตอรี่ ที่อุณหภูมิต่ำ ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะเพิ่มขึ้น และความจุจะลดลง ในกรณีที่รุนแรง สารละลายอิเล็กโทรไลต์อาจแข็งตัวและแบตเตอรี่ไม่สามารถใช้งานได้ ประสิทธิภาพของระบบแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิต่ำจะได้รับผลกระทบอย่างมาก ส่งผลให้กำลังไฟฟ้าของรถยนต์ไฟฟ้าลดลงและระยะทางการวิ่งลดลง เมื่อชาร์จรถยนต์พลังงานใหม่ในสภาวะอุณหภูมิต่ำ ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ทั่วไปจะทำการอุ่นแบตเตอรี่ให้ถึงอุณหภูมิที่เหมาะสมก่อนทำการชาร์จ หากไม่ดำเนินการอย่างถูกต้อง จะทำให้เกิดการชาร์จเกินแรงดันไฟฟ้าในทันที ส่งผลให้เกิดการลัดวงจรภายใน และอาจเกิดควัน ไฟ หรือแม้กระทั่งการระเบิดได้ ปัญหาด้านความปลอดภัยในการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำของระบบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าเป็นอุปสรรคสำคัญต่อการส่งเสริมรถยนต์ไฟฟ้าในพื้นที่ที่มีอากาศหนาวเย็น
การจัดการความร้อนของแบตเตอรี่เป็นหนึ่งในฟังก์ชันสำคัญของ BMS (ระบบจัดการแบตเตอรี่) โดยมีจุดประสงค์หลักเพื่อรักษาอุณหภูมิการทำงานของแบตเตอรี่ให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมตลอดเวลา เพื่อรักษาประสิทธิภาพการทำงานที่ดีที่สุดของแบตเตอรี่ การจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ส่วนใหญ่ประกอบด้วยฟังก์ชันการระบายความร้อน การทำความร้อน และการปรับสมดุลอุณหภูมิ ฟังก์ชันการระบายความร้อนและการทำความร้อนจะปรับเพื่อรับมือกับผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากอุณหภูมิแวดล้อมภายนอก ส่วนการปรับสมดุลอุณหภูมิใช้เพื่อลดความแตกต่างของอุณหภูมิภายในแบตเตอรี่และป้องกันการเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วที่เกิดจากความร้อนสูงเกินไปในบางส่วนของแบตเตอรี่
โดยทั่วไปแล้ว โหมดการระบายความร้อนของแบตเตอรี่รถยนต์แบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลัก ได้แก่ การระบายความร้อนด้วยอากาศ การระบายความร้อนด้วยของเหลว และการระบายความร้อนโดยตรง การระบายความร้อนด้วยอากาศใช้ลมธรรมชาติหรืออากาศเย็นในห้องโดยสารไหลผ่านพื้นผิวของแบตเตอรี่เพื่อให้เกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนและการระบายความร้อน การระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยทั่วไปจะใช้ท่อส่งสารหล่อเย็นแยกต่างหากเพื่อทำความร้อนหรือทำความเย็นให้กับแบตเตอรี่รถยนต์ ปัจจุบัน วิธีนี้เป็นวิธีการระบายความร้อนหลัก ตัวอย่างเช่น Tesla และ Volt ต่างก็ใช้ระบบระบายความร้อนแบบนี้ ส่วนระบบระบายความร้อนโดยตรงจะตัดท่อส่งสารหล่อเย็นของแบตเตอรี่ออกไป และใช้สารทำความเย็นโดยตรงในการระบายความร้อนให้กับแบตเตอรี่
1. ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ:
ในแบตเตอรี่รุ่นแรกๆ เนื่องจากมีความจุและความหนาแน่นของพลังงานต่ำ แบตเตอรี่หลายชนิดจึงใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศ การระบายความร้อนด้วยอากาศ (เครื่องทำความร้อนอากาศ PTCระบบระบายความร้อนแบตเตอรี่แบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ การระบายความร้อนด้วยอากาศธรรมชาติ และการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับ (โดยใช้พัดลม) โดยระบบระบายความร้อนด้วยอากาศธรรมชาติจะใช้ลมธรรมชาติหรืออากาศเย็นในห้องโดยสารเพื่อระบายความร้อนให้กับแบตเตอรี่
ตัวอย่างรถยนต์ที่ใช้ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ ได้แก่ Nissan Leaf, Kia Soul EV เป็นต้น ปัจจุบันแบตเตอรี่ 48V ของรถยนต์ไมโครไฮบริด 48V มักจะติดตั้งอยู่ในห้องโดยสารและระบายความร้อนด้วยอากาศ โครงสร้างของระบบระบายความร้อนด้วยอากาศค่อนข้างเรียบง่าย เทคโนโลยีค่อนข้างพัฒนาแล้ว และต้นทุนต่ำ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปริมาณความร้อนที่อากาศระบายออกมีจำกัด ประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนจึงต่ำ ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิภายในแบตเตอรี่ไม่ดี และยากที่จะควบคุมอุณหภูมิแบตเตอรี่ได้อย่างแม่นยำ ดังนั้น ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศจึงเหมาะสำหรับสถานการณ์ที่มีระยะทางการวิ่งสั้นและน้ำหนักเบาเท่านั้น
เป็นที่น่ากล่าวถึงว่า สำหรับระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ การออกแบบท่ออากาศมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพการระบายความร้อน ท่ออากาศแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักๆ คือ ท่ออากาศแบบอนุกรมและท่ออากาศแบบขนาน โครงสร้างแบบอนุกรมนั้นเรียบง่าย แต่มีความต้านทานสูง ส่วนโครงสร้างแบบขนานนั้นซับซ้อนกว่าและใช้พื้นที่มากกว่า แต่การกระจายความร้อนสม่ำเสมอดีกว่า
2. ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว
โหมดระบายความร้อนด้วยของเหลว หมายความว่าแบตเตอรี่ใช้ของเหลวหล่อเย็นในการแลกเปลี่ยนความร้อน (เครื่องทำความร้อนน้ำหล่อเย็น PTCสารหล่อเย็นสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ ประเภทที่สัมผัสกับเซลล์แบตเตอรี่โดยตรง (เช่น น้ำมันซิลิโคน น้ำมันละหุ่ง เป็นต้น) และประเภทที่สัมผัสกับเซลล์แบตเตอรี่ผ่านช่องทางน้ำ (เช่น น้ำและเอทิลีนไกลคอล เป็นต้น) ปัจจุบันนิยมใช้สารละลายผสมระหว่างน้ำและเอทิลีนไกลคอลมากกว่า ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยทั่วไปจะเพิ่มเครื่องทำความเย็นเพื่อเชื่อมต่อกับวงจรทำความเย็น และความร้อนของแบตเตอรี่จะถูกระบายออกไปผ่านสารทำความเย็น ส่วนประกอบหลักได้แก่ คอมเพรสเซอร์ เครื่องทำความเย็น และ...ปั๊มน้ำไฟฟ้าคอมเพรสเซอร์ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานของระบบทำความเย็น เป็นตัวกำหนดความสามารถในการแลกเปลี่ยนความร้อนของระบบทั้งหมด เครื่องทำความเย็นทำหน้าที่แลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างสารทำความเย็นและของเหลวหล่อเย็น และปริมาณการแลกเปลี่ยนความร้อนจะเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิของของเหลวหล่อเย็นโดยตรง ปั๊มน้ำเป็นตัวกำหนดอัตราการไหลของสารหล่อเย็นในท่อ ยิ่งอัตราการไหลเร็วเท่าไร ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน
วันที่เผยแพร่: 9 สิงหาคม 2567
