Термично управление на батерията
Защо течните студени плочи са от съществено значение за охлаждането на EV батерията
Литиево-йонните батерии промениха начина, по който съхраняваме и използваме енергия. От електрическите превозни средства и системите за съхранение на енергия до индустриалното оборудване и приложенията за бързо-зареждане, сега се очаква батериите да предоставят по-висока мощност, по-дълго време на работа и по-бързи скорости на зареждане.
По-високата енергийна плътност обаче носи значително инженерно предизвикателство: топлина.
Всяка батерия генерира топлина по време на работа. Зареждането създава топлина. Разреждането създава топлина. Приложенията с висока-мощност, особено бързото зареждане и разреждането с голям ток, могат да увеличат още повече генерирането на топлина.
Предизвикателството не е просто премахване на топлината от батерията. Истинското предизвикателство е поддържането на всяка клетка на батерията в стабилен температурен диапазон, като същевременно се минимизират температурните разлики между клетките.
Ето къдетермично управление на батериятастава съществено.
Ефективната система за термично управление помага за подобряване на производителността на батерията, удължава експлоатационния живот, поддържа ефективността на зареждането и намалява рисковете за безопасността. За модернитеEV батериии системи за съхранение на енергия,течно охлаждане с алуминиеви течни студени плочисе превърна в едно от най-надеждните решения.
Защо термичното управление на батерията има значение
Литиево-йонните батерии са силно чувствителни към температура.
Повечето литиево-йонни клетки работят най-ефективно в сравнително тесен температурен диапазон, обикновено около 15 градуса до 35 градуса. Когато температурата на батерията излезе извън този диапазон, електрохимичните характеристики започват да намаляват.
Системата за термично управление на батерията (BTMS) е проектирана да контролира генерирането на топлина, отстраняването на топлина и разпределението на температурата в цялата батерия.
Една добре-проектирана система за управление на топлината трябва да постигне три основни цели:
***Поддържайте клетките в рамките на оптималния работен температурен диапазон
***Намалете температурните разлики между отделните клетки
*** Предотвратете прегряване по време на-работа с висока мощност
Това е особено важно, тъй като батерийните системи стават по-мощни.
Например, акумулаторна батерия за електрическо превозно средство може да съдържа стотици или дори хиляди отделни клетки. Ако някои клетки работят значително по-горещи от други, цялата батерия може да страда от неравномерно стареене.
Най-горещите клетки обикновено определят общото ограничение на пакета.
С други думи, батерията е толкова силна, колкото и най-слабата й термична точка.
Какво се случва, когато батериите станат твърде горещи?
Топлината е един от най-големите фактори, влияещи върху работата и живота на литиево-йонната батерия.
Когато температурата на батерията се повиши прекомерно, могат да възникнат няколко проблема.
1. По-бързо разграждане на батерията
Високите температури ускоряват нежеланите химически реакции в литиево-йонните клетки.
С течение на времето това може да доведе до:
>>>Намален капацитет на батерията
>>>Повишено вътрешно съпротивление
>>>По-кратък живот на цикъла
>>>По-ниска ефективност на зареждане
Батерия, която работи непрекъснато при повишени температури, може да загуби производителност много по-бързо в сравнение с батерия, поддържана при контролирани термични условия.
2. Повишени рискове за безопасността
Екстремното прегряване може да създаде опасни условия вътре в литиево-йонните клетки.
Когато вътрешните температури надхвърлят безопасните граници, материалите на батерията може да станат нестабилни. В тежки ситуации това може да предизвика термично бягане, при което генерирането на топлина става само-поддържащо се и се разпространява от една клетка в друга.
Ето защо предотвратяването на прекомерно натрупване на топлина е основно изискване при проектирането на електромобили и батерии за съхранение на енергия.
3. Намалена производителност на зареждане
Бързото зареждане създава значителен термичен стрес върху батериите.
По време на зареждане с-висок ток литиевите йони се движат бързо между електродите. Ако топлината не може да бъде отстранена ефективно, може да се наложи скоростта на зареждане да се намали, за да се защити здравето на батерията.
Това създава пряк конфликт:
Клиентите искат по-бързо зареждане.
Инженерите на батерии се нуждаят от по-добър контрол на топлината.
Ефективното управление на топлината помага за решаването на това предизвикателство, като премахва топлината бързо, като същевременно поддържа стабилни температури на клетката.
Защо равномерността на температурата е също толкова важна
Много хора смятат, че охлаждането на батерията е само за понижаване на температурата.
Въпреки това еднаквостта на температурата е също толкова важна.
Една батерия може да съдържа стотици клетки, свързани заедно. Ако една област от пакета работи по-горещо от друга област, тези клетки ще стареят по различен начин.
Например:
По-горещите клетки се разграждат по-бързо
По-хладните клетки поддържат по-добра производителност
Цялостната система за управление на батерията трябва да ограничи работата въз основа на най-слабите клетки
Следователно целта на термичното управление на батерията не е просто:
„Направете батерията по-хладна.“
Истинската цел е:
„Поддържайте всяка клетка да работи при подобна и оптимална температура.“
Това е една от причинитесистеми за течно охлажданестават все по-често срещани в съвременните батерии.
Въздушно охлаждане срещу течно охлаждане за батерии
Ранните електрически превозни средства и батерийните системи с-ниска мощност често използваха въздушно охлаждане, защото беше просто, леко и евтино.
Въпреки това, тъй като енергийната плътност на батерията и скоростта на зареждане се увеличиха, традиционното въздушно охлаждане започна да показва ограничения.
Ограничения на въздушното охлаждане
Въздухът има относително ниска топлопроводимост в сравнение с течната охлаждаща течност.
Дори с вентилатори и канали за въздушен поток премахването на големи количества топлина от гъсто опаковани батерийни модули става трудно.
Често срещаните предизвикателства включват:
Неравномерно охлаждане между клетките
Ограничен капацитет на охлаждане
Изисквания за по-голямо пространство
По-висок шум от вентилаторите
Трудност при поддръжката на бързо зареждане
За приложения с ниска{0}}мощност въздушното охлаждане все още може да е подходящо.
Но зависоко{0}}производителни EV батериии системи за съхранение на енергия, е необходима по-силна способност за охлаждане.
Защо течното охлаждане се е превърнало в предпочитано решение
Течно охлажданеизползва охлаждаща течност, обикновено смес от вода-гликол, за пренос на топлина от клетките на батерията.
В сравнение с въздуха, течната охлаждаща течност има:
***По-висок топлинен капацитет
***По-добра топлопроводимост
***По-ефективна възможност за пренос на топлина
A плоча за течно охлаждане за батерииинсталирани под или до батерийни модули осигуряват директен път за пренос на топлина.
Батерийна клетка
↓
Термичен интерфейсен материал (TIM)
↓
↓
Канал за охлаждаща течност
↓
Външна охладителна система
Този дизайн позволява топлината да се отстранява по-ефективно, като същевременно се поддържа по-добра еднородност на температурата в целия комплект батерии.
За модерни EV батерии, системи за съхранение на енергия и приложения с висока{0}}мощност,течно охлажданесе превърна в предпочитания подход за управление на топлината.
