אחת הטכנולוגיות המרכזיות של כלי רכב חשמליים היא סוללות חשמל. איכות הסוללות קובעת את עלות כלי הרכב החשמליים מצד אחד, ואת טווח הנסיעה שלהם מצד שני. זהו גורם מפתח לקבלה ולאימוץ מהיר.
בהתאם למאפייני השימוש, הדרישות ותחומי היישום של סוללות חשמל, סוגי המחקר והפיתוח של סוללות חשמל בארץ ובחו"ל הם בערך: סוללות עופרת-חומצה, סוללות ניקל-קדמיום, סוללות ניקל-מטאל הידריד, סוללות ליתיום-יון, תאי דלק וכו', שביניהן פיתוח סוללות ליתיום-יון זוכה לתשומת הלב הרבה ביותר.
התנהגות יצירת חום של סוללת החשמל
מקור החום, קצב ייצור החום, קיבולת החום של הסוללה ופרמטרים קשורים אחרים של מודול סוללת החשמל קשורים קשר הדוק לאופי הסוללה. החום המשתחרר על ידי הסוללה תלוי באופי הכימי, המכני והחשמלי ובמאפיינים של הסוללה, ובמיוחד באופי התגובה האלקטרוכימית. אנרגיית החום הנוצרת בתגובת הסוללה יכולה לבוא לידי ביטוי על ידי חום התגובה של הסוללה Qr; הקיטוב האלקטרוכימי גורם למתח בפועל של הסוללה לסטות מכוח האלקטרו-מניע שיווי המשקל שלה, ואובדן האנרגיה הנגרם על ידי קיטוב הסוללה מתבטא על ידי Qp. בנוסף לתגובת הסוללה המתבצעת לפי משוואת התגובה, ישנן גם כמה תגובות לוואי. תגובות לוואי אופייניות כוללות פירוק אלקטרוליטים ופריקה עצמית של הסוללה. חום התגובה הלוואי הנוצר בתהליך זה הוא Qs. בנוסף, מכיוון שלכל סוללה תהיה בהכרח התנגדות, חום ג'אול Qj ייווצר כאשר הזרם עובר. לכן, החום הכולל של סוללה הוא סכום החום של ההיבטים הבאים: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.
בהתאם לתהליך הטעינה (פריקה) הספציפי, הגורמים העיקריים הגורמים לסוללה לייצר חום גם הם שונים. לדוגמה, כאשר הסוללה טעונה באופן רגיל, Qr הוא הגורם הדומיננטי; ובשלב מאוחר יותר של טעינת הסוללה, עקב פירוק האלקטרוליט, מתחילות להתרחש תגובות לוואי (חום תגובת הצד הוא Qs), כאשר הסוללה כמעט טעונה במלואה ונטענת יתר על המידה, מה שקורה בעיקר הוא פירוק האלקטרוליט, כאשר Qs שולט. חום הג'אול Qj תלוי בזרם ובהתנגדות. שיטת הטעינה הנפוצה מתבצעת תחת זרם קבוע, ו-Qj הוא ערך ספציפי בשלב זה. עם זאת, במהלך ההפעלה והתאוצה, הזרם גבוה יחסית. עבור HEV, זה שווה ערך לזרם של עשרות אמפר עד מאות אמפר. בשלב זה, חום הג'אול Qj גדול מאוד והופך למקור העיקרי לשחרור חום הסוללה.
מנקודת מבט של בקרת ניהול תרמי, מערכות ניהול תרמי (HVH) ניתן לחלק לשני סוגים: אקטיבי ופסיבי. מנקודת מבט של מדיום העברת חום, ניתן לחלק מערכות ניהול תרמי ל: מקוררות אוויר (מחמם אוויר PTC), מקורר נוזל (מחמם נוזל קירור PTC), ואחסון תרמי עם שינוי פאזה.
עבור העברת חום באמצעות נוזל קירור (מחמם נוזל קירור PTC) כמדיום, יש צורך ליצור תקשורת העברת חום בין המודול למדיום הנוזלי, כגון מעיל מים, כדי לבצע חימום וקירור עקיפים בצורה של הסעה והולכת חום. מדיום העברת החום יכול להיות מים, אתילן גליקול או אפילו נוזל קירור. יש גם העברת חום ישירה על ידי טבילת חלק הקוטב בנוזל של הדיאלקטרי, אך יש לנקוט באמצעי בידוד כדי למנוע קצר חשמלי.
קירור פסיבי של נוזל קירור משתמש בדרך כלל בחילופי חום בין נוזל לאוויר סביבתי ולאחר מכן מכניס פקעות לסוללה לצורך חילופי חום משניים, בעוד שקירור אקטיבי משתמש במחליפי חום של נוזל קירור מנוע-נוזל, או חימום חשמלי PTC/חימום שמן תרמי כדי להשיג קירור ראשוני. חימום, קירור ראשוני עם אוויר/מיזוג אוויר בתא הנוסעים.
עבור מערכות ניהול תרמי המשתמשות באוויר ובנוזל כמדיום, המבנה גדול ומורכב מדי עקב הצורך במאווררים, משאבות מים, מחליפי חום, תנורי חימום, צינורות ואביזרים אחרים, והוא גם צורך אנרגיית סוללה ומפחית את צפיפות הסוללה ואת צפיפות האנרגיה שלה.
מערכת קירור הסוללה המקוררת במים משתמשת בנוזל קירור (50% מים/50% אתילן גליקול) כדי להעביר את חום הסוללה למערכת הקירור של המזגן דרך מצנן הסוללה, ולאחר מכן לסביבה דרך המעבה. טמפרטורת המים בכניסת הסוללה מקוררת על ידי הסוללה. קל להגיע לטמפרטורה נמוכה יותר לאחר חילופי חום, וניתן להתאים את הסוללה לפעולה בטווח טמפרטורות העבודה הטוב ביותר; עקרון המערכת מוצג באיור. הרכיבים העיקריים של מערכת הקירור כוללים: מעבה, מדחס חשמלי, מאייד, שסתום התפשטות עם שסתום סגירה, מצנן סוללה (שסתום התפשטות עם שסתום סגירה) וצינורות מיזוג אוויר וכו'; מעגל מי הקירור כולל: משאבת מים חשמלית, סוללה (כולל לוחות קירור), מצנני סוללה, צינורות מים, מיכלי התפשטות ואביזרים נוספים.
זמן פרסום: 27 באפריל 2023
