ניתוח של מערכת ניהול תרמית של כוח סוללת העברת חום בינונית

אחת הטכנולוגיות המרכזיות של רכבי אנרגיה חדשים היא סוללות כוח.איכות המצברים קובעת את עלות הרכבים החשמליים מחד, ואת טווח הנסיעה של הרכבים החשמליים מאידך.גורם מפתח לקבלה ואימוץ מהיר.

על פי מאפייני השימוש, הדרישות ותחומי היישום של סוללות חשמל, סוגי המחקר והפיתוח של סוללות חשמל בבית ובחו"ל הם בערך: סוללות עופרת, סוללות ניקל-קדמיום, סוללות ניקל-מתכת הידריד, סוללות ליתיום-יון, תאי דלק וכו', שביניהם הפיתוח של סוללות ליתיום-יון זוכים לתשומת לב רבה ביותר.

התנהגות ייצור 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 מהסוללה תלוי באופי הכימי, המכני והחשמלי של הסוללה, במיוחד באופי התגובה האלקטרוכימית.אנרגיית החום שנוצרת בתגובת הסוללה יכולה לבוא לידי ביטוי בחום תגובת הסוללה Qr;הקיטוב האלקטרוכימי גורם למתח הממשי של הסוללה לסטות מכוח שיווי המשקל האלקטרומוטיבי שלה, ואובדן האנרגיה הנגרם מקיטוב הסוללה מתבטא ב-Qp.בנוסף לתגובת הסוללה המתנהלת לפי משוואת התגובה, יש גם כמה תגובות לוואי.תגובות לוואי אופייניות כוללות פירוק אלקטרוליטים ופריקה עצמית של הסוללה.חום התגובה הצדדית שנוצר בתהליך זה הוא Qs.בנוסף, מכיוון שלכל סוללה תהיה בהכרח התנגדות, יווצר Qj חום ג'ול כאשר הזרם יעבור.לכן, החום הכולל של סוללה הוא סכום החום של ההיבטים הבאים: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.

בהתאם לתהליך הטעינה (הפריקה) הספציפי, גם הגורמים העיקריים שגורמים לסוללה לייצר חום שונים.לדוגמה, כאשר הסוללה טעונה בדרך כלל, Qr הוא הגורם הדומיננטי;ובשלב המאוחר 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 אלקטרוליטים, שם Qs שולט .חום הג'ול Qj תלוי בזרם ובהתנגדות.שיטת הטעינה הנפוצה מתבצעת תחת זרם קבוע, ו-Qj הוא ערך ספציפי בשלב זה.עם זאת, במהלך ההפעלה וההאצה, הזרם גבוה יחסית.עבור HEV, זה שווה ערך לזרם של עשרות אמפר עד מאות אמפר.בשלב זה, ה-Jole heat Qj גדול מאוד והופך למקור העיקרי לשחרור חום הסוללה.

מנקודת המבט של שליטה בניהול תרמי, ניתן לחלק את מערכות הניהול התרמי לשני סוגים: אקטיבי ופסיבי.מנקודת המבט של מדיום העברת חום, ניתן לחלק את מערכות הניהול התרמי ל: מקורר אוויר, מקורר נוזל ואחסון תרמי עם שינוי פאזה.

ניהול תרמי עם אוויר כמדיום להעברת חום

למדיום העברת החום יש השפעה משמעותית על הביצועים והעלות של מערכת הניהול התרמית.השימוש באוויר כמדיום להעברת חום הוא להחדיר ישירות את האוויר כך שהוא זורם דרך מודול הסוללה כדי להשיג את מטרת פיזור החום.בדרך כלל נדרשים מאווררים, אוורור כניסה ויציאה ורכיבים אחרים.
על פי המקורות השונים של צריכת אוויר, יש בדרך כלל את הצורות הבאות:
1 קירור פסיבי עם אוורור אוויר חיצוני
2. קירור/חימום פסיבי לאוורור אוויר בתא הנוסעים
3. קירור/חימום אקטיבי של אוויר בחוץ או בתא הנוסעים
מבנה המערכת הפסיבי הוא פשוט יחסית ומנצל ישירות את הסביבה הקיימת.לדוגמה, אם צריך לחמם את הסוללה בחורף, ניתן להשתמש בסביבה החמה בתא הנוסעים לשאיפת אוויר.אם טמפרטורת המצבר גבוהה מדי במהלך הנהיגה ואפקט הקירור של האוויר בתא הנוסעים אינו טוב, ניתן לשאוף אוויר קר מבחוץ כדי להתקרר.

עבור המערכת האקטיבית, יש להקים מערכת נפרדת שתספק פונקציות חימום או קירור ותהיה נשלטת באופן עצמאי בהתאם למצב המצבר, מה שגם מגדיל את צריכת האנרגיה ואת העלות של הרכב.הבחירה במערכות שונות תלויה בעיקר בדרישות השימוש של הסוללה.

ניהול תרמי עם נוזל כמדיום להעברת חום

להעברת חום עם נוזל כתווך, יש צורך ליצור תקשורת העברת חום בין המודול לתווך הנוזלי, כגון מעיל מים, כדי לנהל חימום וקירור עקיפים בצורה של הסעה והולכת חום.מדיום העברת החום יכול להיות מים, אתילן גליקול או אפילו קירור.ישנה גם העברת חום ישירה על ידי טבילת החלק המוט בנוזל הדיאלקטרי, אך יש לנקוט באמצעי בידוד כדי למנוע קצר חשמלי.

קירור נוזלי פסיבי משתמש בדרך כלל בחילופי חום של אוויר נוזלי-סביבתי ולאחר מכן מכניס פקעות לסוללה לחילופי חום משני, בעוד שקירור אקטיבי משתמש במחלפי חום בינוניים נוזל קירור-נוזל, או חימום חשמלי/חימום שמן תרמי כדי להשיג קירור ראשוני.חימום, קירור ראשוני עם מיזוג אוויר/מיזוג אוויר בתא הנוסעים נוזל קירור-נוזלי.
מערכת הניהול התרמית עם אוויר ונוזל כמדיום דורשת מאווררים, משאבות מים, מחליפי חום, תנורי חימום (מחמם אוויר PTC), צינורות ואביזרים אחרים כדי להפוך את המבנה לגדול ומורכב מדי, וגם צורך אנרגיית סוללה, מערך צפיפות ההספק וצפיפות האנרגיה של הסוללה יורדות.
(נוזל קירור PTCתנור חימום) מערכת קירור הסוללה המקוררת במים משתמשת בנוזל קירור (50% מים/50% אתילן גליקול) כדי להעביר חום מהסוללה למערכת הקירור של מיזוג האוויר דרך מצנן הסוללה, ולאחר מכן לסביבה דרך הקבל.קל להגיע לטמפרטורת המים המיובאים לטמפרטורה נמוכה יותר לאחר החלפת חום על ידי מצנן הסוללה, וניתן לכוונן את הסוללה כך שתפעל בטווח טמפרטורת העבודה הטוב ביותר;עיקרון המערכת מוצג באיור.המרכיבים העיקריים של מערכת הקירור כוללים: מעבה, מדחס חשמלי, מאייד, שסתום התפשטות עם שסתום עצירה, מצנן סוללות (שסתום הרחבה עם שסתום עצירה) וצינורות מיזוג אוויר וכו';מעגל מי קירור כולל:משאבת מים חשמלית, סוללה (כולל לוחות קירור), מצננים סוללות, צינורות מים, מיכלי הרחבה ואביזרים נוספים.