סקירה כללית של ניהול תרמי במערכות הנעה לרכבים חשמליים

ניהול התרמי של מערכת החשמל של הרכב מחולק לניהול תרמי של מערכת החשמל המסורתית לרכב המונעת על ידי דלק ולניהול תרמי של מערכת החשמל החדשה לרכב המונעת על ידי אנרגיה. כיום, ניהול התרמי של מערכת החשמל המסורתית לרכב המונעת על ידי דלק הוא שלב בוגר מאוד. רכב המונע על ידי דלק מסורתי מונע על ידי המנוע, ולכן ניהול התרמי של המנוע הוא מוקד ניהול התרמי המסורתי של הרכב. ניהול התרמי של המנוע כולל בעיקר את מערכת הקירור של המנוע. יותר מ-30% מהחום במערכת הרכב צריך להשתחרר על ידי מעגל קירור המנוע כדי למנוע התחממות יתר של המנוע תחת פעולה בעומס גבוה. נוזל הקירור של המנוע משמש לחימום תא הנוסעים.

תחנת הכוח של כלי רכב המונעים בדלק מסורתי מורכבת ממנועים ותיבות הילוכים של כלי רכב המונעים בדלק מסורתי, בעוד שרכבי אנרגיה חדשה מורכבים מסוללות, מנועים ובקרות אלקטרוניות. שיטות ניהול התרמי של השניים עברו שינויים גדולים. טווח טמפרטורות העבודה הרגיל של סוללת החשמל של כלי רכב המונעים באנרגיה חדשה הוא 25~40℃. לכן, ניהול תרמי של הסוללה דורש גם שמירה על חום וגם פיזור חום. יחד עם זאת, טמפרטורת המנוע לא צריכה להיות גבוהה מדי. אם טמפרטורת המנוע גבוהה מדי, הדבר ישפיע על חיי השירות של המנוע. לכן, יש לנקוט גם באמצעי פיזור חום נחוצים במהלך השימוש. להלן מבוא למערכת ניהול התרמי של הסוללה ולמערכת ניהול התרמי של הבקרה האלקטרונית של המנוע ורכיבים אחרים.

מערכת ניהול תרמי של סוללות חשמל

מערכת ניהול התרמי של סוללת החשמל מחולקת בעיקר לקירור אוויר, קירור נוזלים, קירור חומרים עם שינוי פאזה וקירור צינורות חום המבוססים על מדיות קירור שונות. עקרונות ומבני המערכת של שיטות קירור שונות שונים למדי.

1) קירור אוויר של סוללת חשמל: חבילת הסוללה והאוויר החיצוני מבצעים חילופי חום קונבקטיביים באמצעות זרימת אוויר. קירור אוויר מחולק בדרך כלל לקירור טבעי וקירור מאולץ. קירור טבעי הוא כאשר האוויר החיצוני מקרר את חבילת הסוללה כאשר המכונית נוסעת. קירור אוויר מאולץ הוא התקנת מאוורר לקירור מאולץ כנגד חבילת הסוללה. היתרונות של קירור אוויר הם עלות נמוכה ויישום מסחרי קל. החסרונות הם יעילות פיזור חום נמוכה, יחס תפוסת מקום גדול ובעיות רעש חמורות.מחמם אוויר PTC)

2) קירור נוזלי של סוללות חשמל: חום מארז הסוללה נספג על ידי זרימת הנוזל. מכיוון שקיבולת החום הסגולית של הנוזל גדולה מזו של האוויר, אפקט הקירור של קירור נוזלי טוב יותר מזה של קירור אוויר, וגם מהירות הקירור מהירה יותר מזו של קירור אוויר, ופיזור הטמפרטורה לאחר פיזור החום של מארז הסוללה אחיד יחסית. לכן, קירור נוזלי נמצא גם בשימוש נרחב מסחרי.מחמם נוזל קירור PTC)

3) קירור חומרים לשינוי פאזה: חומרים לשינוי פאזה (PhaseChangeMaterial, PCM) כוללים פרפין, מלחים מיובשים, חומצות שומן וכו', שיכולים לספוג או לשחרר כמות גדולה של חום סמוי כאשר מתרחש שינוי פאזה, בעוד שהטמפרטורה שלהם נשארת ללא שינוי. לכן, ל-PCM קיבולת אחסון אנרגיה תרמית גדולה ללא צריכת אנרגיה נוספת, והוא נמצא בשימוש נרחב בקירור סוללות של מוצרים אלקטרוניים כמו טלפונים ניידים. עם זאת, היישום של סוללות כוח לרכב עדיין נמצא בשלב המחקר. לחומרי שינוי פאזה יש בעיה של מוליכות תרמית נמוכה, מה שגורם למשטח ה-PCM במגע עם הסוללה להינמס, בעוד שחלקים אחרים אינם נמסים, מה שמפחית את ביצועי העברת החום של המערכת ואינו מתאים לסוללות כוח גדולות. אם ניתן יהיה לפתור בעיות אלו, קירור PCM יהפוך לפתרון הפיתוח הפוטנציאלי ביותר לניהול תרמי של כלי רכב בעלי אנרגיה חדשה.

4) קירור באמצעות צינור חום: צינור חום הוא מכשיר המבוסס על העברת חום בשינוי פאזה. צינור חום הוא מיכל אטום או צינור אטום מלא במדיום/נוזל עבודה רווי (מים, אתילן גליקול או אצטון וכו'). חלק אחד של צינור החום הוא קצה האידוי, והקצה השני הוא קצה העיבוי. הוא יכול לא רק לספוג את חום מארז הסוללה אלא גם לחמם את מארז הסוללה. זוהי כיום מערכת ניהול התרמי האידיאלית ביותר לסוללות חשמל. עם זאת, היא עדיין נמצאת במחקר.

5) קירור ישיר באמצעות נוזל קירור: קירור ישיר הוא דרך להשתמש בעיקרון של נוזל קירור R134a ונוזלים אחרים לאידוי וספיגת חום, ולהתקין את המאייד של מערכת המיזוג בתוך תיבת הסוללה כדי לקרר את תיבת הסוללה במהירות. למערכת הקירור הישיר יעילות קירור גבוהה וקיבולת קירור גדולה.