Hőkezelési megoldások akkumulátorrendszerekhez

Kétségtelen, hogy a hőmérsékleti tényező döntő hatással van az akkumulátorok teljesítményére, élettartamára és biztonságára. Általánosságban elmondható, hogy az akkumulátorrendszer 15–35 ℃ közötti hőmérsékleten működik, hogy a legjobb teljesítményt és teljesítményfelvételt, a maximálisan rendelkezésre álló energiát és a leghosszabb ciklusidőt érje el (bár az alacsony hőmérsékleten történő tárolás meghosszabbíthatja az akkumulátor élettartamát, de az alkalmazásokban nincs sok értelme alacsony hőmérsékleten tárolni, és az akkumulátorok ebben nagyon hasonlítanak az emberekre).

Jelenleg az akkumulátorrendszer hőkezelése főként négy kategóriába sorolható: természetes hűtés, léghűtés, folyadékhűtés és közvetlen hűtés. Ezek közül a természetes hűtés passzív hőkezelési módszer, míg a léghűtés, a folyadékhűtés és az egyenáram aktív. E három fő különbsége a hőcserélő közeg eltérő használata.

· Természetes hűtés
A szabad hűtésnek nincsenek további hőcserélő eszközei. Például a BYD természetes hűtést alkalmazott a Qin, Tang, Song, E6, Tengshi és más, LFP cellákat használó modellekben. Úgy tudni, hogy a BYD utódja folyadékhűtésre fog átállni a háromkomponensű akkumulátorokat használó modelleknél.

· Léghűtés (PTC légfűtő)
A léghűtés levegőt használ hőátadó közegként. Két gyakori típusa van. Az első a passzív léghűtés, amely közvetlenül a külső levegőt használja a hőcseréhez. A második típus az aktív léghűtés, amely előmelegíti vagy lehűti a külső levegőt, mielőtt az az akkumulátorrendszerbe jutna. A korai időkben számos japán és koreai elektromos modell használt léghűtéses megoldásokat.

· Folyadékhűtés
A folyadékhűtés fagyállót (például etilénglikolt) használ hőátadó közegként. A megoldás általában több különböző hőcserélő áramkört tartalmaz. Például a VOLT egy radiátor áramkört, egy légkondicionáló áramkört (PTC légkondicionáló), és egy PTC áramkör (PTC hűtőfolyadék-fűtő). Az akkumulátor-kezelő rendszer reagál, állítja be és kapcsol a hőkezelési stratégia szerint. A TESLA Model S egy sorba kötött áramkörrel rendelkezik a motorhűtéssel. Amikor az akkumulátort alacsony hőmérsékleten melegíteni kell, a motorhűtő áramkör sorba van kötve az akkumulátorhűtő áramkörrel, és a motor melegítheti az akkumulátort. Amikor az akkumulátor hőmérséklete magas, a motorhűtő áramkör és az akkumulátorhűtő áramkör párhuzamosan szabályoz, és a két hűtőrendszer egymástól függetlenül vezeti el a hőt.

1. Gázkondenzátor

2. Másodlagos kondenzátor

3. Másodlagos kondenzátor ventilátor

4. Gázkondenzátor ventilátor

5. Légkondicionáló nyomásérzékelő (nagynyomású oldal)

6. Légkondicionáló hőmérséklet-érzékelő (nagynyomású oldal)

7. Elektronikus klímakompresszor

8. Légkondicionáló nyomásérzékelő (alacsony nyomású oldal)

9. Légkondicionáló hőmérséklet-érzékelő (alacsony nyomású oldal)

10. Tágulási szelep (hűtő)

11. Tágulási szelep (elpárologtató)

· Közvetlen hűtés
A közvetlen hűtés hűtőközeget (fázisváltó anyagot) használ hőcserélő közegként. A hűtőközeg nagy mennyiségű hőt képes elnyelni a gáz-folyadék fázisátmenet során. A hűtőközeghez képest a hőátadási hatékonyság több mint háromszorosára növelhető, és az akkumulátor gyorsabban cserélhető. A rendszerben lévő hő eltávozik. A közvetlen hűtési rendszert a BMW i3-ban is alkalmazták.

 

A hűtési hatékonyság mellett az akkumulátorrendszer hőkezelési sémájának figyelembe kell vennie az összes akkumulátor hőmérsékletének állandóságát is. A PACK több száz cellát tartalmaz, és a hőmérséklet-érzékelő nem tud minden cellát érzékelni. Például egy Tesla Model S modulban 444 akkumulátor található, de csak 2 hőmérséklet-érzékelési pont van elhelyezve. Ezért a hőkezelési tervezés révén az akkumulátort a lehető legkonzisztensebbé kell tenni. A jó hőmérséklet-állandóság pedig az állandó teljesítményparaméterek, például az akkumulátor teljesítménye, élettartama és SOC előfeltétele.