כיוון שדרוג טכנולוגיית ניהול תרמי חדש לרכבי אנרגיה

ניהול תרמי של הסוללה

במהלך תהליך העבודה של הסוללה, לטמפרטורה יש השפעה רבה על ביצועיה. אם הטמפרטורה נמוכה מדי, היא עלולה לגרום לירידה חדה בקיבולת הסוללה ובעוצמתה, ואף לקצר חשמלי בסוללה. חשיבות ניהול התרמי של הסוללה הופכת בולטת יותר ויותר, שכן הטמפרטורה גבוהה מדי, מה שעלול לגרום לסוללה להתפרק, להתקלקל, להתלקח או אפילו להתפוצץ. טמפרטורת הפעולה של סוללת החשמל היא גורם מפתח בקביעת הביצועים, הבטיחות וחיי הסוללה. מנקודת מבט של ביצועים, טמפרטורה נמוכה מדי תוביל לירידה בפעילות הסוללה, וכתוצאה מכך לירידה בביצועי הטעינה והפריקה, ולירידה חדה בקיבולת הסוללה. ההשוואה מצאה שכאשר הטמפרטורה ירדה ל-10°C, קיבולת הפריקה של הסוללה הייתה 93% מזו שבטמפרטורה רגילה; עם זאת, כאשר הטמפרטורה ירדה ל-20°C-, קיבולת הפריקה של הסוללה הייתה רק 43% מזו שבטמפרטורה רגילה.

מחקר של לי ג'ונצ'יו ואחרים ציין כי מנקודת מבט בטיחותית, אם הטמפרטורה גבוהה מדי, תגובות הלוואי של הסוללה יואצו. כאשר הטמפרטורה קרובה ל-60 מעלות צלזיוס, החומרים הפנימיים/החומרים הפעילים של הסוללה יתפרקו, ואז תתרחש "בריחה תרמית", מה שיגרום לעלייה פתאומית בטמפרטורה, אפילו עד 400 ~ 1000 ℃, ואז יוביל לשריפה ופיצוץ. אם הטמפרטורה נמוכה מדי, יש לשמור על קצב טעינה נמוך יותר של הסוללה, אחרת זה יגרום לסוללה לפרק ליתיום ולגרום לקצר פנימי שעלול להתלקח.

מנקודת מבט של חיי סוללה, לא ניתן להתעלם מהשפעת הטמפרטורה על חיי הסוללה. שקיעת ליתיום בסוללות הנוטות לטעינה בטמפרטורה נמוכה תגרום למחזור חיי הסוללה להתפורר במהירות עד פי עשרות, וטמפרטורה גבוהה תשפיע רבות על מחזור חיי הסוללה ועל מחזור חיי הסוללה. המחקר מצא שכאשר הטמפרטורה היא 23 מעלות צלזיוס, אורך חיי הסוללה עם קיבולת נותרת של 80% הוא כ-6238 ימים, אך כאשר הטמפרטורה עולה ל-35 מעלות צלזיוס, אורך חיי הסוללה הוא כ-1790 ימים, וכאשר הטמפרטורה מגיעה ל-55 מעלות צלזיוס, אורך חיי הסוללה הוא כ-6238 ימים, 272 ימים בלבד.

כיום, עקב אילוצים טכניים ועלויות, ניהול תרמי של הסוללה (BTMS) אינו מאוחד בשימוש במדיה מוליכה, וניתן לחלקו לשלושה מסלולים טכניים עיקריים: קירור אוויר (אקטיבי ופסיבי), קירור נוזלי וחומרי שינוי פאזה (PCM). קירור אוויר הוא פשוט יחסית, אין בו סיכון לדליפה, והוא חסכוני. הוא מתאים לפיתוח ראשוני של סוללות LFP ותחומי מכוניות קטנות. השפעת קירור הנוזל טובה יותר מזו של קירור אוויר, והעלות גבוהה יותר. בהשוואה לאוויר, למדיום קירור נוזלי יש מאפיינים של קיבולת חום סגולית גדולה ומקדם העברת חום גבוה, אשר מפצים למעשה על החסרון הטכני של יעילות קירור אוויר נמוכה. זוהי תוכנית האופטימיזציה העיקרית של מכוניות נוסעים כיום. ג'אנג פובין ציין במחקרו כי היתרון של קירור נוזלי הוא פיזור חום מהיר, שיכול להבטיח טמפרטורה אחידה של חבילת הסוללות, והוא מתאים לחבילות סוללות עם ייצור חום גדול; החסרונות הם עלות גבוהה, דרישות אריזה מחמירות, סיכון לדליפת נוזלים ומבנה מורכב. לחומרי שינוי פאזה יש גם יעילות חילופי חום וגם יתרונות עלות, ועלויות תחזוקה נמוכות. הטכנולוגיה הנוכחית עדיין נמצאת בשלב המעבדה. טכנולוגיית ניהול התרמי של חומרים לשינוי פאזה עדיין לא בשלה במלואה, והיא כיוון הפיתוח הפוטנציאלי ביותר של ניהול תרמי של סוללות בעתיד.

בסך הכל, קירור נוזלי הוא הטכנולוגיה המרכזית הנוכחית, בעיקר בשל:

(1) מצד אחד, לסוללות הטרנריות הנוכחיות בעלות אחוז ניקל גבוה יש יציבות תרמית גרועה יותר מאשר לסוללות ליתיום ברזל פוספט, טמפרטורת פירוק נמוכה יותר (טמפרטורת פירוק, 750 מעלות צלזיוס עבור ליתיום ברזל פוספט, 300 מעלות צלזיוס עבור סוללות ליתיום טרנריות), וייצור חום גבוה יותר. מצד שני, טכנולוגיות חדשות של יישום ליתיום ברזל פוספט כגון סוללת הלהב של BYD ו-CTP מתקופת Ningde מבטלות מודולים, משפרות את ניצול החלל וצפיפות האנרגיה, ומקדמות עוד יותר את ניהול התרמי של הסוללות מטכנולוגיית קירור אוויר להטיה של טכנולוגיית קירור נוזל.

(2) בהשפעת ההנחיות להפחתת סובסידיות וחרדת הצרכנים מטווח הנסיעה, טווח הנסיעה של כלי רכב חשמליים ממשיך לעלות, והדרישות לצפיפות האנרגיה של הסוללה הולכות וגדלות. הביקוש לטכנולוגיית קירור נוזלי עם יעילות העברת חום גבוהה יותר גדל.

(3) המודלים מתפתחים לכיוון דגמים בינוניים עד יוקרתיים, עם תקציב עלויות מספק, שאיפה לנוחות, סבילות נמוכה לתקלות ברכיבים וביצועים גבוהים, ופתרון קירור הנוזלים תואם יותר את הדרישות.

בין אם מדובר במכונית מסורתית או ברכב אנרגיה חדשה, דרישת הצרכנים לנוחות הולכת וגוברת, וטכנולוגיית ניהול תרמי של תא הטייס הפכה לחשובה במיוחד. מבחינת שיטות קירור, מדחסים חשמליים משמשים במקום מדחסים רגילים לקירור, וסוללות מחוברות בדרך כלל למערכות קירור מיזוג אוויר. כלי רכב מסורתיים מאמצים בעיקר את סוג לוח התנופה, בעוד שרכבי אנרגיה חדשה משתמשים בעיקר בסוג מערבולת. לשיטה זו יעילות גבוהה, משקל קל, רעש נמוך ותואמת מאוד לאנרגיית הנעה חשמלית. בנוסף, המבנה פשוט, הפעולה יציבה והיעילות הנפחית גבוהה ב-60% מזו של סוג לוח התנופה. בערך. מבחינת שיטת החימום, חימום PTC (מחמם אוויר PTC/תנור קירור PTC) נחוץ, ולרכבים חשמליים חסרים מקורות חום בעלי עלות אפסית (כגון נוזל קירור למנוע בעירה פנימית)