פתרונות ניהול תרמי למערכות סוללות

אין ספק שלגורם הטמפרטורה יש השפעה מכרעת על הביצועים, החיים והבטיחות של סוללות חשמל.באופן כללי, אנו מצפים שמערכת הסוללות תפעל בטווח של 15~35℃, כדי להשיג את תפוקת הכוח והקלט הטובים ביותר, את האנרגיה הזמינה המקסימלית, ואת חיי המחזור הארוכים ביותר (אם כי אחסון בטמפרטורה נמוכה יכול להאריך את חיי לוח השנה של הסוללה, אבל אין זה הגיוני לתרגל אחסון בטמפרטורה נמוכה ביישומים, והסוללות דומות מאוד לאנשים בהקשר זה).

כיום, ניתן לחלק את הניהול התרמי של מערכת סוללות החשמל לארבע קטגוריות, קירור טבעי, קירור אוויר, קירור נוזלי וקירור ישיר.ביניהם, קירור טבעי הוא שיטת ניהול תרמי פסיבי, בעוד שקירור אוויר, קירור נוזלי וזרם ישר פעילים.ההבדל העיקרי בין שלושת אלה הוא ההבדל במדיום חילופי החום.

· קירור טבעי
לקירור חופשי אין התקנים נוספים להחלפת חום.לדוגמה, BYD אימצה קירור טבעי ב-Qin, Tang, Song, E6, Tengshi ודגמים אחרים המשתמשים בתאי LFP.מובן כי המעקב BYD יעבור לקירור נוזלי עבור דגמים המשתמשים בסוללות טרינריות.

· קירור אוויר (מחמם אוויר PTC)
קירור אוויר משתמש באוויר כמדיום להעברת חום.ישנם שני סוגים נפוצים.הראשון נקרא קירור אוויר פסיבי, המשתמש ישירות באוויר חיצוני לחילופי חום.הסוג השני הוא קירור אוויר אקטיבי, שיכול לחמם מראש או לקרר את האוויר החיצוני לפני הכניסה למערכת הסוללות.בימים הראשונים, דגמים חשמליים יפניים וקוריאנים רבים השתמשו בפתרונות מקוררים באוויר.

· קירור נוזלי
קירור נוזלי משתמש בחומר מונע קיפאון (כגון אתילן גליקול) כמדיום להעברת חום.בדרך כלל ישנם מספר מעגלי חילופי חום שונים בפתרון.לדוגמה, ל-VOLT יש מעגל רדיאטור, מעגל מיזוג אוויר (מיזוג אוויר PTC), ומעגל PTC (מחמם נוזל קירור PTC).מערכת ניהול הסוללה מגיבה ומתכווננת ומתחלפת בהתאם לאסטרטגיית הניהול התרמי.לדגם TESLA S יש מעגל בסדרה עם קירור המנוע.כאשר צריך לחמם את הסוללה בטמפרטורה נמוכה, מעגל קירור המנוע מחובר בסדרה עם מעגל קירור הסוללה, והמנוע יכול לחמם את הסוללה.כאשר סוללת החשמל נמצאת בטמפרטורה גבוהה, מעגל קירור המנוע ומעגל קירור הסוללה יותאמו במקביל, ושתי מערכות הקירור יפזרו חום באופן עצמאי.

1. מעבה גז

2. מעבה משני

3. מאוורר קונדנסר משני

4. מאוורר קונדנסר גז

5. חיישן לחץ מזגן (צד לחץ גבוה)

6. חיישן טמפרטורת מזגן (צד בלחץ גבוה)

7. מדחס מזגן אלקטרוני

8. חיישן לחץ מזגן (צד לחץ נמוך)

9. חיישן טמפרטורת מזגן (צד לחץ נמוך)

10. שסתום התפשטות (מצנן)

11. שסתום התפשטות (מאייד)

· קירור ישיר
קירור ישיר משתמש בקירור (חומר משנה שלב) כמדיום לחילופי חום.הקירור יכול לספוג כמות גדולה של חום במהלך תהליך מעבר פאזה של גז-נוזל.בהשוואה לחומר הקירור, ניתן להגדיל את יעילות העברת החום ביותר מפי שלושה, ולהחליף את הסוללה מהר יותר.החום בתוך המערכת נסחף.ערכת הקירור הישיר שימשה ב-BMW i3.

 

בנוסף ליעילות הקירור, ערכת הניהול התרמי של מערכת הסוללות צריכה לשקול את עקביות הטמפרטורה של כל הסוללות.ל-PACK יש מאות תאים, וחיישן הטמפרטורה לא יכול לזהות כל תא.לדוגמה, יש 444 סוללות במודול של Tesla Model S, אבל רק 2 נקודות זיהוי טמפרטורה מסודרות.לכן, יש צורך להפוך את הסוללה לעקבית ככל האפשר באמצעות תכנון ניהול תרמי.ועקביות טמפרטורה טובה היא התנאי המקדים לפרמטרים עקביים של ביצועים כגון כוח סוללה, אורך חיים ו-SOC.