אופטימיזציה של מערכת ניהול תרמי של סוללות רכב חשמלי בתנאי טמפרטורה נמוכים

ככל שנתח השוק של כלי רכב חשמליים ממשיך לגדול, יצרניות רכב מעבירות בהדרגה את מוקד המחקר והפיתוח שלהן למצבר כוח ובקרה חכמה. בשל המאפיינים הכימיים של סוללת החשמל, לטמפרטורה תהיה השפעה גדולה יותר על ביצועי הטעינה והפריקה ובטיחות הסוללה. לכן, בפיתוח כלי רכב חשמליים, לתכנון מערכת ניהול התרמי של הסוללה יש עדיפות גבוהה יותר. בהתבסס על מבנה מערכת ניהול התרמי של סוללות רכב חשמליות מרכזיות, בשילוב עם טכנולוגיית מערכת משאבת החום בעלת שמונה שסתומים של טסלה, מנותחים עקרון העבודה של סוללת החשמל והיתרונות והחסרונות של מערכת ניהול התרמי. ישנן בעיות כגון אובדן חשמל ברכב קר, טווח שיוט קצר והפחתת הספק טעינה, ומוצעת תוכנית אופטימיזציה למערכת ניהול התרמי של סוללת החשמל.

עקב חוסר הקיימות של מקורות אנרגיה מסורתיים והזיהום הסביבתי הגובר, ממשלות ויצרני רכב במדינות שונות האיצו את המעבר לרכבי אנרגיה חדשים, תוך התמקדות בקידום פיתוח של כלי רכב חשמליים המונעים בעיקר על ידי חשמל טהור. ככל שנתח השוק של כלי רכב חשמליים ממשיך לגדול, סוללות חשמל ובקרה חכמה הופכות למגמת פיתוח טכנולוגי של כלי רכב חשמליים. לא נמצא פתרון טוב יותר. בניגוד לרכבי בנזין מסורתיים, כלי רכב חשמליים אינם יכולים להשתמש בחום פסולת לחימום תא הנוסעים וסוללת הרכב. לכן, ברכבים חשמליים, כל פעילויות החימום צריכות להתבצע באמצעות מקורות חימום ואנרגיה. לכן, כיצד לשפר את ניצול האנרגיה הנותרת של הרכב הופך לסוגיה מרכזית במערכות ניהול תרמי לרכב.

המערכת ניהול תרמי לרכב חשמלימווסת את הטמפרטורה של חלקים שונים ברכב על ידי ניהול זרימת החום, הכולל בעיקר בקרת טמפרטורה של מנוע הרכב, הסוללה ותא הטייס. מערכת הסוללה ותא הטייס צריכים לשקול כוונון דו-כיווני של קור וחום, בעוד שמערכת המנוע צריכה לשקול רק פיזור חום. רוב מערכות ניהול התרמי המוקדמות של כלי רכב חשמליים היו מערכות פיזור חום מקוררות אוויר. סוג זה של מערכת ניהול תרמי לקח את כוונון הטמפרטורה של תא הטייס כמטרת התכנון העיקרית של המערכת, ולעתים רחוקות התחשב בבקרת הטמפרטורה של המנוע והסוללה, ובזבז את כוחה של מערכת שלוש-החשמל במהלך הפעולה. חום שנוצר פנימה. ככל שעוצמת המנוע והסוללה עולה, מערכת פיזור החום מקוררת האוויר אינה יכולה עוד לענות על צרכי ניהול התרמי הבסיסיים של הרכב, ומערכת ניהול התרמי נכנסה לעידן קירור הנוזלים. מערכת קירור הנוזלים לא רק משפרת את יעילות פיזור החום, אלא גם מגבירה את מערכת בידוד הסוללה. על ידי שליטה בגוף השסתום, מערכת קירור הנוזלים יכולה לא רק לשלוט באופן פעיל בכיוון החום, אלא גם לנצל באופן מלא את האנרגיה בתוך הרכב.

חימום הסוללה ותא הטייס מחולק בעיקר לשלוש שיטות חימום: חימום תרמיסטור באמצעות מקדם טמפרטורה (PTC), חימום סרט חימום חשמלי וחימום משאבת חום. עקב המאפיינים הכימיים של סוללת החשמל של כלי רכב חשמליים, ייתכנו בעיות כגון אובדן חשמל ברכב קר, טווח שיוט קצר והפחתת עוצמת הטעינה בתנאי טמפרטורה נמוכים. על מנת להבטיח שרכבים חשמליים יוכלו להשיג תנאי עבודה מתאימים בתנאים קיצוניים שונים, כדי לענות על צרכי השימוש, יש לשפר ולמטב את מערכת ניהול התרמי של הסוללה לתנאי טמפרטורה נמוכים.

שיטת קירור הסוללה

בהתאם למגוון אמצעי העברת חום, ניתן לחלק את מערכת ניהול התרמי של הסוללה לשלושה סוגים: מערכת ניהול תרמי של מדיום אוויר, מערכת ניהול תרמי של מדיום נוזלי ומערכת ניהול תרמי של חומרי שינוי פאזה, ואת מערכת ניהול התרמי של מדיום אוויר ניתן לחלק למערכת קירור טבעית ומערכת קירור אוויר. ישנם שני סוגים של מערכות קירור.

חימום תרמיסטור PTC צריך לארגן יחידת חימום תרמיסטור PTC וציפוי מבודד סביב חבילת הסוללה. כאשר יש צורך לחמם את חבילת הסוללה של הרכב, המערכת מפעילה את תרמיסטור ה-PTC כדי לייצר חום, ולאחר מכן נושבת אוויר דרך ה-PTC באמצעות מאוורר (מחמם נוזל קירור PTC/מחמם אוויר PTCצלעות החימום של התרמיסטור מחממות אותו, ולבסוף מובילות את האוויר החם לתוך חבילת הסוללה כדי שתסתובב בתוכה, ובכך מחממות את הסוללה.