Tepelný manažment batérie
Prečo sú tekuté chladiace platne nevyhnutné pre chladenie batérie elektromobilov
Lítium{0}}iónové batérie zmenili spôsob, akým uchovávame a využívame energiu. Od elektrických vozidiel a systémov na ukladanie energie až po priemyselné zariadenia a aplikácie s rýchlym{2}}nabíjaním sa teraz očakáva, že batérie budú poskytovať vyšší výkon, dlhší prevádzkový čas a vyššiu rýchlosť nabíjania.
Vyššia hustota energie však prináša významnú inžiniersku výzvu: teplo.
Každá batéria vytvára počas prevádzky teplo. Nabíjanie vytvára teplo. Vybíjaním vzniká teplo. Aplikácie-s vysokým výkonom, najmä rýchle nabíjanie a vybíjanie vysokým prúdom, môžu ešte viac zvýšiť tvorbu tepla.
Výzvou nie je len odstrániť teplo z batérie. Skutočnou výzvou je udržiavať každý článok batérie v stabilnom teplotnom rozsahu a zároveň minimalizovať teplotné rozdiely medzi článkami.
Toto je miestotepelný manažment batériesa stáva nevyhnutným.
Efektívny systém riadenia teploty pomáha zlepšiť výkon batérie, predĺžiť životnosť, zachovať účinnosť nabíjania a znížiť bezpečnostné riziká. Pre modernéEV batériea systémy skladovania energie,kvapalinové chladenie hliníkovými kvapalinovými chladiacimi doskamisa stala jedným z najspoľahlivejších riešení.
Prečo je tepelný manažment batérie dôležitý
Lítium{0}}iónové batérie sú veľmi citlivé na teplotu.
Väčšina lítium{0}}iónových článkov pracuje najefektívnejšie v relatívne úzkom teplotnom rozsahu, zvyčajne okolo 15 až 35 stupňov . Keď sa teplota batérie dostane mimo tento rozsah, elektrochemický výkon začne klesať.
Systém riadenia teploty batérie (BTMS) je navrhnutý na riadenie tvorby tepla, odvodu tepla a distribúcie teploty v celej batérii.
Dobre{0}}navrhnutý systém tepelného manažmentu musí dosiahnuť tri hlavné ciele:
***Udržiavajte články v optimálnom rozsahu prevádzkových teplôt
***Znížte teplotné rozdiely medzi jednotlivými bunkami
***Zabráňte prehriatiu-pri prevádzke s vysokým výkonom
Toto je obzvlášť dôležité, pretože batériové systémy sú výkonnejšie.
Napríklad batéria elektrického vozidla môže obsahovať stovky alebo dokonca tisíce jednotlivých článkov. Ak niektoré články fungujú výrazne teplejšie ako iné, celý akumulátor môže trpieť nerovnomerným starnutím.
Najhorúcejšie bunky zvyčajne určujú celkové obmedzenie balenia.
Inými slovami, batéria je len taká silná, ako je jej najslabší tepelný bod.
Čo sa stane, keď sú batérie príliš horúce?
Teplo je jedným z najväčších faktorov ovplyvňujúcich výkon a životnosť lítium-iónovej batérie.
Keď sa teplota batérie nadmerne zvýši, môže dôjsť k niekoľkým problémom.
1. Rýchlejšia degradácia batérie
Vysoké teploty urýchľujú nežiaduce chemické reakcie vo vnútri lítium-iónových článkov.
V priebehu času to môže viesť k:
>>>Znížená kapacita batérie
>>>Zvýšený vnútorný odpor
>>>Kratšia životnosť cyklu
>>>Nižšia účinnosť nabíjania
Batéria, ktorá pracuje nepretržite pri zvýšených teplotách, môže stratiť výkon oveľa rýchlejšie v porovnaní s batériou udržiavanou v kontrolovaných tepelných podmienkach.
2. Zvýšené bezpečnostné riziká
Extrémne prehriatie môže vytvoriť nebezpečné podmienky vo vnútri lítium-iónových článkov.
Keď vnútorné teploty prekročia bezpečné limity, materiály batérie sa môžu stať nestabilnými. V ťažkých situáciách to môže spustiť tepelný únik, kedy sa generovanie tepla-udržiava samo a šíri sa z jednej bunky do druhej.
To je dôvod, prečo je zabránenie nadmernej akumulácii tepla základnou požiadavkou pri konštrukcii elektrických vozidiel a akumulátorov energie.
3. Znížený výkon nabíjania
Rýchle nabíjanie spôsobuje značné tepelné namáhanie batérií.
Počas nabíjania vysokým{0}}prúdom sa lítiové ióny rýchlo pohybujú medzi elektródami. Ak teplo nie je možné účinne odstrániť, môže byť potrebné znížiť rýchlosť nabíjania, aby sa ochránilo zdravie batérie.
To vytvára priamy konflikt:
Zákazníci chcú rýchlejšie nabíjanie.
Inžinieri batérií potrebujú lepšiu reguláciu tepla.
Efektívny tepelný manažment pomáha vyriešiť tento problém rýchlym odvodom tepla pri zachovaní stabilnej teploty článkov.
Prečo je rovnomernosť teploty rovnako dôležitá
Mnoho ľudí si myslí, že chladenie batérie je len o znižovaní teploty.
Rovnako dôležitá je však rovnomernosť teploty.
Batéria môže obsahovať stovky vzájomne prepojených článkov. Ak je jedna oblasť balenia teplejšia ako iná, tieto bunky starnú inak.
Napríklad:
Horšie bunky degradujú rýchlejšie
Chladnejšie články udržujú lepší výkon
Celkový systém správy batérie musí obmedziť prevádzku na základe najslabších článkov
Preto nie je cieľom tepelného manažmentu batérie jednoducho:
"Urobte chladnejšiu batériu."
Skutočným cieľom je:
"Udržujte každú bunku v prevádzke pri podobnej a optimálnej teplote."
Toto je jeden z dôvodovkvapalinové chladiace systémysa v moderných batériách stávajú čoraz bežnejšími.
Chladenie vzduchom vs. chladenie kvapalinou pre batérie
Prvé elektrické vozidlá a nízkoenergetické batériové systémy často používali vzduchové chladenie, pretože to bolo jednoduché, ľahké a lacné.
Keď sa však zvýšila hustota energie batérie a rýchlosť nabíjania, tradičné vzduchové chladenie začalo vykazovať obmedzenia.
Obmedzenia chladenia vzduchom
Vzduch má relatívne nízku tepelnú vodivosť v porovnaní s kvapalným chladivom.
Dokonca aj s ventilátormi a kanálikmi na prúdenie vzduchu je odstraňovanie veľkého množstva tepla z husto uložených batériových modulov náročné.
Medzi bežné výzvy patria:
Nerovnomerné chladenie medzi bunkami
Obmedzená kapacita chladenia
Väčšie nároky na priestor
Vyšší hluk od ventilátorov
Ťažkosti s podporou rýchleho nabíjania
Pre aplikácie s nízkou spotrebou energie- môže byť stále vhodné chladenie vzduchom.
Ale prevysokovýkonné{0}}batérie elektromobilova systémy skladovania energie, je potrebná silnejšia chladiaca schopnosť.
Prečo sa chladenie kvapalinou stalo preferovaným riešením
Chladenie kvapalinoupoužíva chladiacu kvapalinu, zvyčajne zmes vody-glykolu, na prenos tepla preč z článkov batérie.
V porovnaní so vzduchom má kvapalná chladiaca kvapalina:
***Vyššia tepelná kapacita
***Lepšia tepelná vodivosť
***Efektívnejšia schopnosť prenosu tepla
A kvapalinová chladiaca doska pre batérieinštalovaný pod alebo vedľa batériových modulov poskytuje priamu cestu prenosu tepla.
Batériový článok
↓
Materiál tepelného rozhrania (TIM)
↓
↓
Kanál chladiacej kvapaliny
↓
Vonkajší chladiaci systém
Tento dizajn umožňuje efektívnejšie odvádzanie tepla pri zachovaní lepšej rovnomernosti teploty v rámci celej batérie.
Pre moderné batérie elektromobilov, systémy na ukladanie energie a aplikácie s vysokým{0}}výkonom,kvapalinové chladeniesa stal preferovaným prístupom tepelného manažmentu.
