Yksi uusien energiaajoneuvojen keskeisistä teknologioista on akut. Akkujen laatu määrää sähköajoneuvojen hinnan ja toisaalta niiden toimintasäteen. Keskeinen tekijä hyväksynnän ja nopean käyttöönoton kannalta.
Akkujen käyttöominaisuuksien, vaatimusten ja sovellusalueiden mukaan kotimaassa ja ulkomailla toteutettujen akkujen tutkimus- ja kehitystyypit ovat karkeasti ottaen: lyijyakut, nikkeli-kadmiumakut, nikkeli-metallihydridiakut, litiumioniakut, polttokennot jne., joista litiumioniakkujen kehittäminen saa eniten huomiota.
Akun lämmöntuottokäyttäytyminen
Lämmönlähde, lämmöntuottonopeus, akun lämpökapasiteetti ja muut akkumoduulin ominaisuudet liittyvät läheisesti akun luonteeseen. Akun vapauttama lämpö riippuu akun kemiallisesta, mekaanisesta ja sähköisestä luonteesta ja ominaisuuksista, erityisesti sähkökemiallisen reaktion luonteesta. Akun reaktiossa syntyvä lämpöenergia voidaan ilmaista akun reaktiolämmöllä Qr; sähkökemiallinen polarisaatio aiheuttaa akun todellisen jännitteen poikkeaman sen tasapainosähkömotorisesta voimasta, ja akun polarisaation aiheuttama energiahäviö ilmaistaan Qp:llä. Reaktioyhtälön mukaisesti etenevän akkureaktion lisäksi on myös joitakin sivureaktioita. Tyypillisiä sivureaktioita ovat elektrolyytin hajoaminen ja akun itsepurkautuminen. Tässä prosessissa syntyvä sivureaktiolämpö on Qs. Lisäksi, koska missä tahansa akussa on väistämättä vastus, virran kulkiessa syntyy Joule-lämpöä Qj. Siksi akun kokonaislämpö on seuraavien tekijöiden lämmön summa: Qt = Qr + Qp + Qs + Qj.
Lataus- (purkaus-)prosessista riippuen myös akun lämmöntuottoa aiheuttavat pääasialliset tekijät vaihtelevat. Esimerkiksi normaalisti ladattaessa Qr on hallitseva tekijä, ja akun latauksen myöhemmässä vaiheessa elektrolyytin hajoamisen vuoksi alkaa tapahtua sivureaktioita (sivureaktiolämpö on Qs). Kun akku on lähes täyteen ladattu ja yliladattu, pääasiassa tapahtuu elektrolyytin hajoamista, jossa Qs on hallitseva. Joule-lämpö Qj riippuu virrasta ja vastuksesta. Yleisesti käytetty latausmenetelmä suoritetaan vakiovirralla, ja Qj on tässä vaiheessa tietty arvo. Käynnistyksen ja kiihdytyksen aikana virta on kuitenkin suhteellisen korkea. Hybridilatauslaitteissa tämä vastaa kymmenien ampeerien tai satojen ampeerien virtaa. Tällöin Joule-lämpö Qj on erittäin suuri ja siitä tulee akun lämmönvapautumisen tärkein lähde.
Lämmönhallintajärjestelmien hallittavuuden näkökulmasta (HVH) voidaan jakaa kahteen tyyppiin: aktiivisiin ja passiivisiin. Lämmönsiirtoaineen näkökulmasta lämmönhallintajärjestelmät voidaan jakaa: ilmajäähdytteisiin(PTC-ilmalämmitin), nestejäähdytteinen(PTC-jäähdytysnesteen lämmitin) ja faasimuutoslämpövarastointi.
Jäähdytysnesteen (PTC-jäähdytysnesteen) avulla tapahtuvassa lämmönsiirrossa on välttämätöntä luoda lämmönsiirtoyhteys moduulin ja nestemäisen väliaineen, kuten vesivaipan, välille epäsuoran lämmityksen ja jäähdytyksen suorittamiseksi konvektion ja lämmönjohtavuuden muodossa. Lämmönsiirtoväliaine voi olla vesi, etyleeniglykoli tai jopa kylmäaine. Lämmönsiirto on mahdollista myös suoraan upottamalla napakappale dielektriseen nesteeseen, mutta oikosulun välttämiseksi on toteutettava eristystoimenpiteitä.
Passiivinen jäähdytysneste käyttää yleensä neste-ympäröivä ilma -lämmönvaihtoa, jonka jälkeen akkuun tuodaan koteloita toissijaista lämmönvaihtoa varten, kun taas aktiivinen jäähdytys käyttää moottorin jäähdytysneste-neste-lämmönvaihtimia tai PTC-sähkölämmitystä/lämpööljylämmitystä ensisijaisen jäähdytyksen saavuttamiseksi. Lämmitys, ensisijainen jäähdytys matkustamon ilmalla/ilmastointilaitteen kylmäaine-neste-väliaineella.
Ilmaa ja nestettä väliaineena käyttävien lämmönhallintajärjestelmien rakenne on liian suuri ja monimutkainen tuulettimien, vesipumppujen, lämmönvaihtimien, lämmittimien, putkistojen ja muiden lisävarusteiden tarpeen vuoksi, ja se myös kuluttaa akun energiaa ja vähentää akun tehoa, tiheyttä ja energiatiheyttä.
Vesijäähdytteinen akun jäähdytysjärjestelmä käyttää jäähdytysnestettä (50 % vettä/50 % etyleeniglykolia) siirtääkseen akun lämmön ilmastointijärjestelmän kylmäainejärjestelmään akun jäähdyttimen kautta ja sitten ympäristöön lauhduttimen kautta. Akun tuloveden lämpötila jäähdytetään akulla. Lämmönvaihdon jälkeen on helppo saavuttaa alempi lämpötila, ja akkua voidaan säätää toimimaan parhaalla mahdollisella käyttölämpötila-alueella; järjestelmän periaate on esitetty kuvassa. Kylmäainejärjestelmän pääkomponentteja ovat: lauhdutin, sähkökompressori, höyrystin, paisuntaventtiili sulkuventtiilillä, akun jäähdytin (paisuntaventtiili sulkuventtiilillä) ja ilmastointiputket jne.; jäähdytysvesipiiriin kuuluvat: sähköinen vesipumppu, akku (mukaan lukien jäähdytyslevyt), akun jäähdyttimet, vesiputket, paisuntasäiliöt ja muut lisävarusteet.
Julkaisuaika: 27.4.2023
