Diskusija o tehnologiji upravljanja toplinom novih energetskih akumulatora vozila
Akumulatori su glavni izvor energije za nova vozila. Baterije stvaraju mnogo toplote tokom rada vozila, a kako vreme prolazi, toplota se akumulira u relativno malom prostoru. Zbog gustog slaganja ćelija u baterijskom paketu, također je teže odvesti toplinu u srednjem dijelu u određenoj mjeri, što pogoršava temperaturnu neusklađenost između ćelija. Kao rezultat toga, efikasnost punjenja i pražnjenja baterije će biti smanjena, što će uticati na snagu baterije. U teškim slučajevima, to će takođe dovesti do toplotnog bijega, što utiče na sigurnost i život sistema. Naročito u smislu upravljanja temperaturom, termički bijeg baterije može uzrokovati požar i smanjenje performansi. Stoga je istraživanje tehnologije upravljanja toplinom baterija novih energetskih vozila od velikog značaja za razvoj novih energetskih vozila.
1. Osnovne komponente sistema upravljanja toplinom vozila
Sistem upravljanja toplotom novih energetskih vozila uključuje četiri dela: sistem akumulatora, sistem motora, sistem klimatizacije i druge komponente. U poređenju sa termičkim upravljanjem vozila na tradicionalna goriva, sistem upravljanja toplotom vozila na novu energiju je složeniji. Sistem baterija je vitalna komponenta novih energetskih vozila. Inženjeri treba da počnu sa termičkim upravljanjem akumulatorskog sistema kako bi dizajnirali dobar sistem upravljanja toplotom za celo vozilo.
Od nastanka novih energetskih vozila, stručnjaci i naučnici u srodnim industrijama sproveli su mnoga istraživanja o rasipavanju toplote svojih baterija i postigli mnogo rezultata. Uobičajeni način hlađenja za termalno upravljanje baterijama promijenio se sa zračnog hlađenja na hlađenje tekućinom, hlađenje materijala s promjenom faze i hlađenje toplotnih cijevi. U nastavku se analiziraju tehnologije hlađenja kao što su zračno hlađenje, hlađenje tekućinom, hlađenje materijala s promjenom faze i hlađenje toplotnih cijevi.
2.1 Vazdušno hlađenje
Vazdušno hlađenje je metoda disipacije topline koja koristi zrak kao medij i koristi konvekciju topline u zraku kako bi omogućila bateriji da direktno razmjenjuje toplinu sa zrakom, čime se smanjuje temperatura baterije. Zračno hlađenje se može podijeliti na prirodno hlađenje i prisilno hlađenje prema tome da li se koristi ventilator. Prirodno hlađenje se koristi bez ventilatora; prisilno hlađenje zraka koristi se ventilatorom. Veliki broj studija je pokazao da je efekat rasipanje toplote prinudnog vazdušnog hlađenja mnogo veći nego kod prirodnog vazdušnog hlađenja.
Zračno hlađenje se također može podijeliti na serijsko hlađenje i paralelno hlađenje prema različitim strukturama disipacije topline. U metodi serijskog hlađenja, protok zraka ulazi s jedne strane i izlazi s druge strane. Ova metoda će dovesti do lošeg hlađenja baterija daleko od ulaznog kanala za protok vazduha, neravnomernog odvođenja toplote baterija i velikih temperaturnih razlika u baterijama; u metodi paralelnog hlađenja, protok zraka uglavnom ulazi odozdo i izlazi odozgo. Kao što se može vidjeti sa slike, protok zraka za hlađenje u osnovi može teći kroz površinu svake baterije, pa će temperaturna razlika između svake baterije biti manja od one kod serijskog hlađenja, ali donosi i problem neravnomjerne raspodjele topline.
2.2 Tečno hlađenje
Tehnologija tekućeg hlađenja akumulatora je jedna od tehnologija upravljanja toplinom. Ova tehnologija obično koristi rashladnu tečnost sa visokim koeficijentom prenosa toplote kako bi omogućila bateriji da razmenjuje toplotu sa rashladnom tečnošću, čime se smanjuje temperatura baterije.
Upoređene su i analizirane performanse odvođenja topline zračno hlađenih i tekućinom hlađenih baterija. Rezultati pokazuju da je maksimalna temperatura baterijskog paketa niža, a konzistentnost temperature bolja u sistemu tečnog hlađenja. Hlađenje tekućinom je izuzetno efikasna metoda odvođenja topline, a njen koeficijent prijenosa topline je veći od zračnog hlađenja. Sistem hlađenja tekućinom električnih vozila može se podijeliti na direktan kontakt i indirektan kontakt prema obliku kontakta između izolacijske tekućine i baterije. Oblik uranjanja baterije ili modula u tečnost za izmjenu topline je oblik direktnog kontakta; pored toga, može se postaviti kanal za hlađenje između modula baterije ili se može koristiti rashladna ploča na dnu baterije. Toplota akumulatora prenosi se na rashladnu tečnost kroz rashladnu ploču. Ovaj tečni oblik hlađenja je indirektan kontakt. Ova dva oblika imaju visoke zahtjeve za nepropusnost tečnog sistema za hlađenje. Osim toga, zahtjevi za mehaničkom čvrstoćom su visoki, a otpornost na vibracije i vijek trajanja rashladnog sistema moraju biti zagarantovani.
Sistem za tečno hlađenje električnih vozila uglavnom se sastoji od rashladne tečnosti, rashladne ploče, elektronske pumpe za vodu, senzora temperature, radijatora itd. Kompresor, kao izvor energije za hlađenje, određuje kapacitet razmene toplote celog sistema. Rashladni uređaj (rashladni uređaj) ima ulogu razmjene rashladnog i rashladnog sredstva, a količina razmjene topline direktno određuje temperaturu rashladnog sredstva. Pumpa za vodu određuje protok rashladnog sredstva u cjevovodu. Što je protok veći, to su bolje performanse izmjene topline i obrnuto.
2.3 Fazna promjena hlađenja materijala
Tehnologija odvođenja toplote materijala sa promenom faze (PCM) koristi princip da materijali sa promenom faze apsorbuju toplotu kada prolaze kroz faznu promenu. Materijal za promjenu faze postavlja se oko baterije i pod određenim uvjetima dostiže temperaturu promjene faze. Materijal za promenu faze prolazi kroz faznu promenu i apsorbuje toplotu generisanu kada baterija radi, čime se efikasno izbegava proces pregrevanja baterijskog modula. Budući da je proces promjene faze proces konstantne temperature, temperatura baterije se može dobro održavati blizu temperature promjene faze materijala za promjenu faze, čime se sprečava da temperatura baterije nastavi da raste. Međutim, upotreba hlađenja materijala sa promjenom faze zahtijeva pažnju na probleme zaptivanja i povećaće volumen baterije i smanjiti gustinu energije. Osim toga, funkcija očuvanja topline može se održavati samo unutar ograničenog vremena parkiranja. Dugotrajno predgrijavanje baterije i dalje ovisi o ugrađenom izvoru topline, a očuvanje topline općenito zahtijeva nižu toplinsku provodljivost, što može uzrokovati probleme s neravnomjernom raspodjelom temperature.
2.4 Hlađenje toplotnih cevi
Hlađenje toplotnih cevi je da se toplotna cev podeli na deo za isparavanje, deo za prenos toplote i deo za kondenzaciju. Njegov glavni princip disipacije topline je uklanjanje topline u baterijskom paketu kroz odjeljak za isparavanje toplinske cijevi koji apsorbira toplinu. Toplota u sekciji za isparavanje se prenosi na kondenzacioni deo kroz srednji deo toplotne cevi zbog formirane razlike pritiska, čime se postiže efikasno upravljanje toplotom baterijskog paketa. Što se tiče istraživanja hlađenja toplotnih cevi, upoređeni su efekti hlađenja tri metode hlađenja energetskih baterija, odnosno vazdušnog, tečnog i toplotnog hlađenja. Rezultati pokazuju da hlađenje toplotnih cevi ima najbolji efekat hlađenja na baterijske pakete.
