การเพิ่มประสิทธิภาพระบบจัดการความร้อนของแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ

เนื่องจากส่วนแบ่งการตลาดของรถยนต์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ผู้ผลิตรถยนต์จึงค่อยๆ เปลี่ยนจุดเน้นการวิจัยและพัฒนาไปที่แบตเตอรี่กำลังสูงและการควบคุมอัจฉริยะ เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีของแบตเตอรี่กำลังสูง อุณหภูมิจะมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุ รวมถึงความปลอดภัยของแบตเตอรี่ ดังนั้น ในการพัฒนารถยนต์ไฟฟ้า การออกแบบระบบจัดการความร้อนของแบตเตอรี่จึงมีความสำคัญมากขึ้น บทความนี้วิเคราะห์หลักการทำงานของแบตเตอรี่กำลังสูง ข้อดีข้อเสียของระบบจัดการความร้อน โดยอิงจากโครงสร้างระบบจัดการความร้อนของแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้ากระแสหลักที่มีอยู่ ผสานกับเทคโนโลยีระบบปั๊มความร้อนแบบวาล์วแปดทางของเทสลา พบปัญหาต่างๆ เช่น การสูญเสียกำลังในสภาพอากาศหนาวเย็น ระยะการขับขี่สั้น และกำลังการชาร์จลดลง จึงได้เสนอแผนการปรับปรุงระบบจัดการความร้อนของแบตเตอรี่กำลังสูง

เนื่องจากความไม่ยั่งยืนของแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิมและมลภาวะทางสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มขึ้น รัฐบาลและผู้ผลิตรถยนต์ในหลายประเทศจึงเร่งการเปลี่ยนผ่านไปสู่ยานยนต์พลังงานใหม่ โดยมุ่งเน้นการส่งเสริมการพัฒนารถยนต์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าล้วนเป็นหลัก เมื่อส่วนแบ่งการตลาดของรถยนต์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แบตเตอรี่และระบบควบคุมอัจฉริยะจึงกลายเป็นแนวโน้มการพัฒนาทางเทคโนโลยีของรถยนต์ไฟฟ้า ยังไม่มีการค้นพบวิธีแก้ปัญหาที่ดีกว่านี้ แตกต่างจากรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงเบนซินแบบดั้งเดิม รถยนต์ไฟฟ้าไม่สามารถใช้ความร้อนเหลือทิ้งเพื่อทำความร้อนในห้องโดยสารและชุดแบตเตอรี่ได้ ดังนั้น ในรถยนต์ไฟฟ้า กิจกรรมการทำความร้อนทั้งหมดจึงต้องดำเนินการผ่านแหล่งพลังงานความร้อน ด้วยเหตุนี้ วิธีการปรับปรุงการใช้พลังงานที่เหลืออยู่ของรถยนต์จึงกลายเป็นประเด็นสำคัญของระบบการจัดการความร้อนในรถยนต์ไฟฟ้า

เดอะระบบจัดการความร้อนของรถยนต์ไฟฟ้าระบบระบายความร้อนทำหน้าที่ควบคุมอุณหภูมิของชิ้นส่วนต่างๆ ในรถยนต์โดยการจัดการการไหลของความร้อน โดยหลักๆ แล้วรวมถึงการควบคุมอุณหภูมิของมอเตอร์ แบตเตอรี่ และห้องโดยสาร ระบบแบตเตอรี่และห้องโดยสารจำเป็นต้องพิจารณาการปรับสมดุลระหว่างความเย็นและความร้อน ในขณะที่ระบบมอเตอร์ต้องการเพียงแค่พิจารณาการระบายความร้อน ระบบระบายความร้อนรุ่นแรกๆ ของรถยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่เป็นระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ ระบบระบายความร้อนประเภทนี้มีเป้าหมายหลักในการออกแบบคือการปรับอุณหภูมิของห้องโดยสาร และแทบจะไม่พิจารณาการควบคุมอุณหภูมิของมอเตอร์และแบตเตอรี่ ทำให้สูญเสียพลังงานของระบบไฟฟ้าทั้งสามส่วนไปโดยเปล่าประโยชน์ และความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงาน เมื่อกำลังของมอเตอร์และแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศจึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการพื้นฐานด้านการจัดการความร้อนของรถยนต์ได้อีกต่อไป และระบบระบายความร้อนจึงเข้าสู่ยุคของการระบายความร้อนด้วยของเหลว ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อน แต่ยังช่วยเพิ่มฉนวนกันความร้อนของแบตเตอรี่อีกด้วย โดยการควบคุมวาล์วควบคุม ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวไม่เพียงแต่สามารถควบคุมทิศทางของความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ยังสามารถใช้พลังงานภายในรถยนต์ได้อย่างเต็มที่อีกด้วย

การทำความร้อนแบตเตอรี่และห้องโดยสารส่วนใหญ่แบ่งออกเป็น 3 วิธีหลัก ได้แก่ การทำความร้อนด้วยเทอร์มิสเตอร์แบบ PTC (Pursuit Temperature Coefficient), การทำความร้อนด้วยฟิล์มทำความร้อนไฟฟ้า และการทำความร้อนด้วยปั๊มความร้อน เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีของแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า อาจเกิดปัญหาต่างๆ เช่น กำลังเครื่องยนต์ลดลงในสภาพอากาศหนาวเย็น ระยะการขับขี่สั้นลง และกำลังการชาร์จลดลงในสภาวะอุณหภูมิต่ำ เพื่อให้มั่นใจว่ารถยนต์ไฟฟ้าสามารถทำงานได้อย่างเหมาะสมภายใต้สภาวะสุดขั้วต่างๆ และเพื่อตอบสนองความต้องการใช้งาน ระบบจัดการความร้อนของแบตเตอรี่จึงจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงและเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับสภาวะอุณหภูมิต่ำ

วิธีการระบายความร้อนแบตเตอรี่

ตามตัวกลางถ่ายเทความร้อนที่แตกต่างกัน ระบบจัดการความร้อนของแบตเตอรี่สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ ระบบจัดการความร้อนโดยใช้อากาศเป็นตัวกลาง ระบบจัดการความร้อนโดยใช้ของเหลวเป็นตัวกลาง และระบบจัดการความร้อนโดยใช้วัสดุเปลี่ยนสถานะ โดยระบบจัดการความร้อนโดยใช้อากาศเป็นตัวกลางสามารถแบ่งออกได้เป็นระบบระบายความร้อนแบบธรรมชาติและระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ รวมเป็นระบบระบายความร้อน 2 ประเภท

การทำความร้อนด้วยเทอร์มิสเตอร์ PTC จำเป็นต้องจัดวางชุดทำความร้อนเทอร์มิสเตอร์ PTC และฉนวนหุ้มรอบชุดแบตเตอรี่ เมื่อชุดแบตเตอรี่รถยนต์ต้องการความร้อน ระบบจะจ่ายพลังงานให้กับเทอร์มิสเตอร์ PTC เพื่อสร้างความร้อน จากนั้นจะเป่าลมผ่าน PTC โดยใช้พัดลมเครื่องทำความร้อนน้ำหล่อเย็น PTC/เครื่องทำความร้อนอากาศ PTCครีบทำความร้อนของเทอร์มิสเตอร์จะให้ความร้อนแก่ตัวเทอร์มิสเตอร์ และในที่สุดก็จะนำอากาศร้อนเข้าไปในชุดแบตเตอรี่เพื่อหมุนเวียนอยู่ภายใน ทำให้แบตเตอรี่ร้อนขึ้น