En av nyckelteknikerna för nya energifordon är elbatterier. Batteriernas kvalitet avgör kostnaden för elfordon å ena sidan och räckvidden för elfordon å andra sidan. En nyckelfaktor för acceptans och snabb implementering.
Enligt användningsegenskaper, krav och tillämpningsområden för kraftbatterier är forsknings- och utvecklingstyperna för kraftbatterier hemma och utomlands grovt sett: blybatterier, nickelkadmiumbatterier, nickelmetallhydridbatterier, litiumjonbatterier, bränsleceller etc., bland vilka utvecklingen av litiumjonbatterier får mest uppmärksamhet.
Värmegenereringsbeteende för strömförsörjningsbatteriet
Värmekällan, värmegenereringshastigheten, batteriets värmekapacitet och andra relaterade parametrar för batterimodulen är nära relaterade till batteriets natur. Den värme som frigörs av batteriet beror på batteriets kemiska, mekaniska och elektriska natur och egenskaper, särskilt den elektrokemiska reaktionens natur. Den värmeenergi som genereras i batterireaktionen kan uttryckas med batteriets reaktionsvärme Qr; den elektrokemiska polarisationen gör att batteriets faktiska spänning avviker från dess jämviktselektromotoriska kraft, och energiförlusten som orsakas av batteriets polarisation uttrycks med Qp. Förutom att batterireaktionen fortskrider enligt reaktionsekvationen finns det också några sidoreaktioner. Typiska sidoreaktioner inkluderar elektrolytnedbrytning och batteriets självurladdning. Sidoreaktionsvärmen som genereras i denna process är Qs. Eftersom alla batterier oundvikligen kommer att ha resistans, kommer dessutom joulevärme Qj att genereras när strömmen passerar. Därför är ett batteris totala värme summan av värmen från följande aspekter: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.
Beroende på den specifika laddnings- (urladdnings-) processen är de huvudsakliga faktorerna som orsakar att batteriet genererar värme också olika. Till exempel, när batteriet laddas normalt är Qr den dominerande faktorn; och i det senare skedet av batteriladdningen, på grund av elektrolytens nedbrytning, börjar sidoreaktioner uppstå (sidoreaktionsvärmen är Qs). När batteriet är nästan fulladdat och överladdat sker huvudsakligen elektrolytens nedbrytning, där Qs dominerar. Joulevärmen Qj beror på ström och resistans. Den vanligaste laddningsmetoden utförs under konstant ström, och Qj är ett specifikt värde vid denna tidpunkt. Under start och acceleration är dock strömmen relativt hög. För HEV motsvarar detta en ström från tiotals ampere till hundratals ampere. Vid denna tidpunkt är Joulevärmen Qj mycket stor och blir den huvudsakliga källan till batteriets värmefrisättning.
Ur ett perspektiv på styrbarhet av termisk hantering kan termiska hanteringssystem delas in i två typer: aktiva och passiva. Ur ett värmeöverföringsmediumsperspektiv kan termiska hanteringssystem delas in i: luftkylda, vätskekylda och fasomvandlande termisk lagring.
Termisk hantering med luft som värmeöverföringsmedium
Värmeöverföringsmediet har en betydande inverkan på prestandan och kostnaden för det termiska styrsystemet. Användningen av luft som värmeöverföringsmedium syftar till att direkt introducera luften så att den flödar genom batterimodulen för att uppnå syftet med värmeavledning. Generellt sett krävs fläktar, inlopps- och utloppsventilation och andra komponenter.
Beroende på de olika luftintagskällorna finns det generellt följande former:
1 Passiv kylning med uteluftventilation
2. Passiv kylning/värme för ventilation av kupén
3. Aktiv kylning/uppvärmning av uteluften eller kupéluften
Den passiva systemstrukturen är relativt enkel och utnyttjar direkt den befintliga miljön. Om till exempel batteriet behöver värmas upp på vintern kan den varma miljön i kupén användas för att andas in luft. Om batteriets temperatur är för hög under körning och luftens kyleffekt i kupén inte är bra kan kall luft utifrån andas in för att kyla ner.
För det aktiva systemet behöver ett separat system etableras för att tillhandahålla värme- eller kylfunktioner och styras oberoende av batteriets status, vilket också ökar fordonets energiförbrukning och kostnad. Valet av olika system beror huvudsakligen på batteriets användningskrav.
Termisk hantering med vätska som värmeöverföringsmedium
För värmeöverföring med vätska som medium är det nödvändigt att etablera en värmeöverföringskommunikation mellan modulen och det flytande mediet, såsom en vattenmantel, för att genomföra indirekt uppvärmning och kylning i form av konvektion och värmeledning. Värmeöverföringsmediet kan vara vatten, etylenglykol eller till och med köldmedium. Det finns också direkt värmeöverföring genom att nedsänka polstycket i dielektrikumets vätska, men isoleringsåtgärder måste vidtas för att undvika kortslutning.
Passiv vätskekylning använder vanligtvis värmeväxling mellan vätska och omgivande luft och introducerar sedan kokonger i batteriet för sekundär värmeväxling, medan aktiv kylning använder värmeväxlare mellan motorns kylvätska och flytande medium, eller elvärme/termisk oljeuppvärmning för att uppnå primärkylning. Uppvärmning, primärkylning med kylmedel-flytande medium för passagerarkupéns luftkonditionering/luftkonditionering.
Värmehanteringssystemet med luft och vätska som medium kräver fläktar, vattenpumpar, värmeväxlare, värmare (PTC-luftvärmare), rörledningar och andra tillbehör för att göra strukturen för stor och komplex, och förbrukar även batterienergi, matris Batteriets effekttäthet och energitäthet sänks.
(PTC-kylvätskavärmare) Det vattenkylda batterikylsystemet använder kylvätska (50 % vatten/50 % etylenglykol) för att överföra värme från batteriet till luftkonditioneringens köldmediesystem genom batterikylaren och sedan till omgivningen genom kondensorn. Den importerade vattentemperaturen kan lätt sänkas efter värmeväxling via batterikylaren, och batteriet kan justeras för att fungera vid bästa möjliga arbetstemperaturområde. Systemprincipen visas i figuren. Huvudkomponenterna i köldmediesystemet inkluderar: kondensor, elektrisk kompressor, förångare, expansionsventil med stoppventil, batterikylare (expansionsventil med stoppventil) och luftkonditioneringsrör etc.; kylvattenkretsen inkluderar:elektrisk vattenpump, batteri (inklusive kylplattor), batterikylare, vattenrör, expansionskärl och andra tillbehör.
Publiceringstid: 13 juli 2023
