Управление температурой аккумуляторной системы
Управление температурой батареив основном включает в себя охлаждение, нагрев и выравнивание температуры. Функции охлаждения и обогрева в первую очередь корректируют потенциальное воздействие внешней температуры окружающей среды на батарею. Выравнивание температуры уменьшает разницу температур внутри аккумуляторной батареи, предотвращая быструю деградацию батареи, вызванную перегревом в определенных областях.
Как правило, методы охлаждения силовых аккумуляторов делятся на три категории: воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение и прямое охлаждение. Воздушное охлаждение использует естественный воздух или охлаждающий воздух из салона для обеспечения теплообмена и охлаждения поверхности аккумулятора. Жидкостное охлаждение обычно использует независимые трубопроводы охлаждающей жидкости для нагрева или охлаждения силовой батареи; в настоящее время это основной метод охлаждения, используемый в батареях Tesla и Volt. Системы прямого охлаждения устраняют необходимость в отдельных трубопроводах охлаждения для аккумуляторной батареи, поскольку для ее охлаждения используется непосредственно хладагент.
1. Система воздушного охлаждения.
Ранние силовые батареи из-за их меньшей емкости и плотности энергии часто использовали воздушное охлаждение. Воздушное охлаждение делится на две основные категории: естественное воздушное охлаждение и принудительное воздушное охлаждение (с использованием вентилятора), использующее естественный воздух или прохладный воздух из салона для охлаждения аккумулятора.
В настоящее время аккумуляторы 48 В в автомобилях с мягким гибридом 48 В обычно располагаются в салоне и охлаждаются воздухом. Системы воздушного-охлаждения относительно просты по конструкции, технологически совершенны и недороги. Однако из-за ограниченной способности воздуха отводить тепло их эффективность теплообмена низка, что приводит к плохой однородности внутренней температуры и трудностям в точном контроле температуры батареи. Таким образом, системы воздушного-охлаждения обычно подходят для применений с коротким пробегом и легкими транспортными средствами.
2. Системы жидкостного охлаждения
Жидкостное охлаждение предполагает использование охлаждающей жидкости для обмена тепла с аккумулятором. Охлаждающие жидкости делятся на два типа: те, которые могут непосредственно контактировать с элементами аккумуляторной батареи (силиконовое масло, касторовое масло и т. д.) и те, которые контактируют с элементами через водные каналы (вода и этиленгликоль и т. д.); в настоящее время чаще используется смесь воды и этиленгликоля. Системы жидкостного охлаждения обычно включают в себя охладитель, подключенный к холодильному циклу, использующий хладагент для отвода тепла от батареи. Основными компонентами являются компрессор, охладитель и водяной насос. Компрессор, как источник энергии для охлаждения, определяет теплообменную способность всей системы. Чиллер облегчает теплообмен между хладагентом и охлаждающей жидкостью, а величина теплообмена напрямую определяет температуру охлаждающей жидкости. Водяной насос определяет скорость потока теплоносителя внутри труб; более высокая скорость потока приводит к улучшению теплообмена, и наоборот.
Системы жидкостного охлаждения обеспечивают большую гибкость. Каналы охлаждения могут быть установлены между модулями батареи (в настоящее время это основной подход), охлаждающие пластины могут использоваться в нижней части батареи, или элементы или модули могут быть погружены в охлаждающую жидкость. Преимущества систем жидкостного охлаждения включают высокие коэффициенты теплопередачи, высокую скорость потока, хорошую однородность температуры и точный контроль температуры. К недостаткам относятся сложность системы, высокие требования к герметизации, значительная часть веса аккумуляторной батареи на систему охлаждения и относительно высокая стоимость.
