Lämmönhallintaratkaisut akkujärjestelmille

Lämpötilakertoimella on epäilemättä ratkaiseva vaikutus akkujen suorituskykyyn, käyttöikään ja turvallisuuteen. Yleisesti ottaen odotamme akkujärjestelmän toimivan 15–35 ℃:n lämpötilassa parhaan tehon ja virrankulutuksen, maksimaalisen käytettävissä olevan energian ja pisimmän syklin käyttöiän saavuttamiseksi (vaikka matalan lämpötilan varastointi voi pidentää akun käyttöikää, matalan lämpötilan varastointi ei ole kovin järkevää sovelluksissa, ja akut ovat tässä suhteessa hyvin samanlaisia ​​kuin ihmiset).

Tällä hetkellä akkujärjestelmän lämmönhallinta voidaan jakaa pääasiassa neljään luokkaan: luonnollinen jäähdytys, ilmajäähdytys, nestejäähdytys ja suora jäähdytys. Näistä luonnollinen jäähdytys on passiivinen lämmönhallintamenetelmä, kun taas ilmajäähdytys, nestejäähdytys ja tasavirta ovat aktiivisia. Näiden kolmen tärkein ero on lämmönvaihtoväliaineen ero.

· Luonnollinen jäähdytys
Vapaajäähdytyksessä ei ole lisälaitteita lämmönvaihtoon. Esimerkiksi BYD on ottanut käyttöön luonnollisen jäähdytyksen Qin-, Tang-, Song-, E6-, Tengshi- ja muissa LFP-kennoja käyttävissä malleissa. Seuraavan BYD:n ymmärretään siirtyvän nestejäähdytykseen kolmiakkuja käyttävissä malleissa.

· Ilmajäähdytys (PTC-ilmalämmitin)
Ilmajäähdytys käyttää ilmaa lämmönsiirtoaineena. On olemassa kaksi yleistä tyyppiä. Ensimmäistä kutsutaan passiiviseksi ilmajäähdytykseksi, joka käyttää suoraan ulkoilmaa lämmönvaihtoon. Toinen tyyppi on aktiivinen ilmajäähdytys, joka voi esilämmittää tai jäähdyttää ulkoilman ennen sen tuloa akkujärjestelmään. Alkuaikoina monet japanilaiset ja korealaiset sähkömallit käyttivät ilmajäähdytteisiä ratkaisuja.

· Nestejäähdytys
Nestemäisessä jäähdytyksessä käytetään lämmönsiirtoaineena jäänestoainetta (kuten etyleeniglykolia). Ratkaisussa on yleensä useita erilaisia ​​lämmönvaihtopiirejä. Esimerkiksi VOLTissa on patteripiiri, ilmastointipiiri (PTC-ilmastointi) ja PTC-piiri (PTC-jäähdytysnesteen lämmitin). Akun hallintajärjestelmä reagoi, säätyy ja kytkeytyy lämmönhallintastrategian mukaisesti. TESLA Model S:ssä on sarjaan kytketty piiri moottorin jäähdytyksen kanssa. Kun akkua on lämmitettävä alhaisessa lämpötilassa, moottorin jäähdytyspiiri kytketään sarjaan akun jäähdytyspiirin kanssa, ja moottori voi lämmittää akkua. Kun akku on korkeassa lämpötilassa, moottorin jäähdytyspiiriä ja akun jäähdytyspiiriä säädetään rinnakkain, ja nämä kaksi jäähdytysjärjestelmää johtavat lämpöä pois toisistaan ​​riippumatta.

1. Kaasulauhdutin

2. Toissijainen lauhdutin

3. Toissijainen lauhduttimen tuuletin

4. Kaasulauhduttimen tuuletin

5. Ilmastointilaitteen paineanturi (korkeapainepuoli)

6. Ilmastointilaitteen lämpötila-anturi (korkeapainepuoli)

7. Elektroninen ilmastointilaitteen kompressori

8. Ilmastointilaitteen paineanturi (matalapaineen puoli)

9. Ilmastointilaitteen lämpötila-anturi (matalapaineen puoli)

10. Paisuntaventtiili (jäähdytin)

11. Paisuntaventtiili (höyrystin)

· Suora jäähdytys
Suorajäähdytyksessä käytetään lämmönvaihtoaineena kylmäainetta (faasimuutosainetta). Kylmäaine voi absorboida suuren määrän lämpöä kaasu-neste-faasisiirtymäprosessin aikana. Kylmäaineeseen verrattuna lämmönsiirtotehokkuutta voidaan parantaa yli kolminkertaiseksi ja akku voidaan vaihtaa nopeammin. Järjestelmän sisällä oleva lämpö johdetaan pois. Suorajäähdytysjärjestelmää on käytetty BMW i3:ssa.

 

Jäähdytystehokkuuden lisäksi akkujärjestelmän lämmönhallintajärjestelmän on otettava huomioon kaikkien akkujen lämpötilan tasaisuus. Akussa on satoja kennoja, eikä lämpötila-anturi pysty havaitsemaan jokaista kennoa. Esimerkiksi Tesla Model S -moduulissa on 444 akkua, mutta lämpötilan mittauspisteitä on vain kaksi. Siksi on välttämätöntä tehdä akusta mahdollisimman tasainen lämmönhallintasuunnittelun avulla. Hyvä lämpötilan tasaisuus on edellytys tasaisille suorituskykyparametreille, kuten akun teholle, käyttöiälle ja varaustilalle.