חשיבותן של סוללות חשמל כמקור הכוח העיקרי עבור כלי רכב בעלי אנרגיה חדשה מובנת מאליה. בשימוש בפועל בכלי רכב, הסוללה תתמודד עם תנאי הפעלה מורכבים ומגוונים. על מנת לשפר את טווח הנסיעה, כלי רכב צריכים לסדר כמה שיותר תאי סוללה במרחב מסוים, כך ששטח חבילת הסוללה ברכב מוגבל מאוד. סוללות מייצרות כמות גדולה של חום במהלך פעולת הרכב ומצטברות לאורך זמן במרחבים קטנים יחסית. עקב הערימה הצפופה של תאי סוללה בתוך חבילת הסוללה, הדבר גם מקשה יחסית על פיזור החום באזור האמצעי, מה שמחמיר את חוסר העקביות בטמפרטורה בין התאים. כתוצאה מכך, הדבר יפחית את יעילות הטעינה והפריקה של הסוללה ויפגע בהספקה; במקרים חמורים, הדבר עלול גם להוביל לניתוק תרמי, המשפיע על בטיחות המערכת ועל תוחלת החיים שלה.
לטמפרטורה של סוללות חשמל יש השפעה משמעותית על ביצועיהן, תוחלת החיים והבטיחות שלהן. בטמפרטורות נמוכות, סוללות ליתיום-יון עלולות לחוות עלייה בהתנגדות הפנימית וירידה בקיבולת. במקרים קיצוניים, הדבר עלול להוביל לקפיאה של האלקטרוליט ולחוסר יכולת של הסוללה להתפרק. ביצועי מערכת הסוללה בטמפרטורה נמוכה מושפעים מאוד, וכתוצאה מכך לירידה בביצועי תפוקת ההספק ולטווח נסיעה מופחת של כלי רכב חשמליים. בעת טעינת כלי רכב חשמליים חדשים בתנאי טמפרטורה נמוכים, מערכת ה-BMS בדרך כלל מחממת את הסוללה לטמפרטורה מתאימה לפני הטעינה. אם לא מטפלים בה כראוי, היא עלולה לגרום לטעינת יתר מיידית של מתח, וכתוצאה מכך לקצרים פנימיים, מה שעלול להוביל לעישון, שריפה ואף פיצוצים. בעיות הבטיחות של טעינה בטמפרטורה נמוכה במערכות סוללות לרכב חשמלי הגבילו מאוד את קידום כלי רכב חשמליים באזורים קרים.
ניהול תרמי של הסוללההיא אחת הפונקציות החשובות ב-BMS, בעיקר כדי להבטיח שחבילת הסוללה תוכל תמיד לפעול בטווח טמפרטורות מתאים, ובכך לשמור על מצב עבודה אופטימלי של חבילת הסוללה.ניהול תרמי של סוללותכולל בעיקר פונקציות כגון קירור, חימום ואיזון טמפרטורה. פונקציות הקירור והחימום מותאמות בעיקר בהתאם להשפעה האפשרית של טמפרטורת הסביבה החיצונית על הסוללה. איזון טמפרטורה משמש להפחתת הפרש הטמפרטורות בתוך חבילת הסוללה ולמניעת דעיכה מהירה הנגרמת כתוצאה מחימום יתר של חלק מסוים בסוללה.
באופן כללי, מצבי הקירור של סוללות חשמל מחולקים בעיקר לשלוש קטגוריות: קירור אוויר, קירור נוזלי וקירור ישיר. מצב קירור האוויר משתמש ברוח טבעית או באוויר קירור מתא הנוסעים כדי לעבור דרך פני השטח של הסוללה לצורך חילופי חום וקירור. קירור נוזלי משתמש בדרך כלל בצינורות קירור עצמאיים כדי לחמם או לקרר סוללות חשמל. כיום, שיטה זו היא השיטה המרכזית לקירור, כפי שמשמשות טסלה ו-וולט. מערכת הקירור הישיר מבטלת את צינור הקירור של הסוללה ומשתמשת ישירות בנוזל קירור כדי לקרר את הסוללה.
1. מערכת קירור אוויר:
סוללות חשמל מוקדמות, בשל קיבולתן הקטנה וצפיפות האנרגיה שלהן, קוררו לעתים קרובות באמצעות קירור אוויר. קירור האוויר מחולק לשתי קטגוריות: קירור אוויר טבעי וקירור אוויר מאולץ (באמצעות מאווררים), המשתמשים באוויר טבעי או באוויר קר מהתא כדי לקרר את הסוללה.
נציגים אופייניים של מערכות מקוררות אוויר כוללים את ניסאן ליף, קיה סול EV וכו'; כיום, סוללות 48V של כלי רכב היברידיים זעירים 48V מסודרות בדרך כלל בתא הנוסעים ומקוררות באמצעות קירור אוויר. דיאגרמת נתיב קירור האוויר של סוללת חשמל מסוימת מוצגת באיור 2. מבנה מערכת מקוררת האוויר פשוט יחסית, הטכנולוגיה יחסית בוגרת והעלות נמוכה יחסית. עם זאת, בשל החום המוגבל שנישא על ידי האוויר, יעילות העברת החום שלה נמוכה, ואחידות הטמפרטורה הפנימית של הסוללה ירודה, מה שמקשה על השגת שליטה מדויקת בטמפרטורת הסוללה. לכן, מערכות מקוררות אוויר מתאימות בדרך כלל למצבים עם טווח נסיעה קצר ומשקל רכב קל.
2. מערכת קירור נוזלית
מצב קירור נוזלי מתייחס למצבר המשתמש בנוזל קירור כדי להחליף חום, והתרשים הסכמטי שלו מוצג באיור 3. נוזל הקירור מחולק לשני סוגים: מגע ישיר עם תאי הסוללה (שמן סיליקון, שמן קיק וכו') ומגע עם תאי הסוללה דרך תעלות מים (מים ואתילן גליקול וכו'); כיום, נעשה שימוש נפוץ בתמיסות מעורבות של מים ואתילן גליקול. מערכות קירור נוזלי מוסיפות בדרך כלל צ'ילר בשילוב עם מחזור הקירור, אשר מוציא את החום מהסוללה דרך נוזל הקירור; רכיביו העיקריים הם המדחס, הצ'ילר ו...משאבת מיםהמדחס, כמקור הכוח לקירור, קובע את קיבולת העברת החום של המערכת כולה. הצ'ילר ממלא תפקיד בחילופי נוזל קירור ונוזל קירור, וכמות חילופי החום קובעת ישירות את טמפרטורת נוזל הקירור. משאבת המים קובעת את קצב הזרימה של נוזל הקירור בצנרת, וככל שקצב הזרימה מהיר יותר, כך ביצועי העברת החום טובים יותר, ולהיפך.
3. מערכת קירור ישירה:
מערכת הקירור הישיר משתמשת בנוזל הקירור של מערכת המיזוג כדי לקרר ישירות את סוללת החשמל, כפי שמוצג באיור 11. המאייד של מערכת המיזוג מותקן ישירות במערכת הסוללה, ונוזל הקירור מתאדה במאייד כדי להסיר ישירות את החום שנוצר על ידי מערכת הסוללה, ובכך להשיג תהליך קירור מהיר ויעיל יותר. נכון לעכשיו, ישנם יחסית מעט דגמים המשתמשים בקירור ישיר, כאשר הנפוץ ביותר הוא BMW i3. בשל היעדר חילופי חום ביניים בין נוזלים, למערכת הקירור יש מבנה קומפקטי, יעילות קירור גבוהה יותר (פי 3-4 מקירור נוזלי), ועלות נמוכה יחסית. אך הבעיה טמונה בעובדה שבשל המרת נוזל הקירור מגז לנוזל בצנרת, הבקרה של המערכת כולה מורכבת יחסית ואחידות הטמפרטורה ירודה. ויש לה דרישות גבוהות לעמידות בלחץ גבוה ואיטום של המערכת, מה שמציב סיכון משמעותי ליישומה בכל הרכב.
זמן פרסום: 27 במרץ 2026
