Upravljanje toplinom baterije

Zašto su tekuće ploče za hlađenje bitne za hlađenje baterija električnih vozila

Litij-ionske baterije promijenile su način na koji pohranjujemo i koristimo energiju. Od električnih vozila i sustava za pohranu energije do industrijske opreme i aplikacija za brzo-punjenje, od baterija se sada očekuje veća snaga, duže vrijeme rada i veće brzine punjenja.

Međutim, veća gustoća energije donosi značajan inženjerski izazov: toplinu.

Svaka baterija stvara toplinu tijekom rada. Punjenje stvara toplinu. Pražnjenje stvara toplinu. Prijave velike -napone, posebno brzo punjenje i pražnjenje velike struje, mogu još više povećati proizvodnju topline.

Izazov nije jednostavno uklanjanje topline iz baterije. Pravi je izazov održavati svaku baterijsku ćeliju unutar stabilnog temperaturnog raspona uz smanjenje temperaturnih razlika između ćelija.

Ovdje jeupravljanje toplinom baterijepostaje bitno.

Učinkovit sustav upravljanja toplinom pomaže u poboljšanju performansi baterije, produljuje radni vijek, održava učinkovitost punjenja i smanjuje sigurnosne rizike. Za modernoEV baterijei sustavi za pohranu energije,hlađenje tekućinom s aluminijskim tekućim hladnim pločamapostao jedno od najpouzdanijih rješenja.

Zašto je važno upravljanje toplinom baterije

Litij-ionske baterije vrlo su osjetljive na temperaturu.

Većina litij{0}}ionskih ćelija najučinkovitije radi unutar relativno uskog temperaturnog raspona, obično oko 15 do 35 stupnjeva. Kada se temperatura baterije pomakne izvan ovog raspona, elektrokemijska izvedba počinje opadati.

Sustav upravljanja toplinom baterije (BTMS) dizajniran je za kontrolu proizvodnje topline, uklanjanja topline i raspodjele temperature kroz cijeli baterijski paket.

Dobro-dizajniran sustav upravljanja toplinom treba postići tri glavna cilja:

***Održavajte ćelije unutar optimalnog raspona radne temperature

***Smanjite temperaturne razlike između pojedinačnih ćelija

***Spriječite pregrijavanje tijekom-radnje velike snage

Ovo je posebno važno jer sustavi baterija postaju sve moćniji.

Na primjer, baterija električnog vozila može sadržavati stotine ili čak tisuće pojedinačnih ćelija. Ako neke ćelije rade znatno toplije od drugih, cijeli paket baterija može patiti od neravnomjernog starenja.

Najtoplije ćelije obično određuju ukupna ograničenja paketa.

Drugim riječima, baterija je jaka onoliko koliko je jaka njegova najslabija toplinska točka.

Što se događa kada baterije postanu prevruće?

Toplina je jedan od najvećih čimbenika koji utječu na rad i vijek trajanja litij-ionske baterije.

Kada se temperatura baterije pretjerano poveća, može doći do nekoliko problema.

1. Brža degradacija baterije

Visoke temperature ubrzavaju neželjene kemijske reakcije unutar litij{0}}ionskih ćelija.

S vremenom to može dovesti do:

>>>Smanjen kapacitet baterije

>>>Povećani unutarnji otpor

>>>Kraći životni ciklus

>>>Niža učinkovitost punjenja

Baterija koja neprekidno radi na povišenim temperaturama može izgubiti performanse mnogo brže u usporedbi s baterijom koja se održava u kontroliranim toplinskim uvjetima.

2. Povećani sigurnosni rizici

Ekstremno pregrijavanje može stvoriti opasne uvjete unutar litij{0}}ionskih ćelija.

Kad unutarnja temperatura prijeđe sigurne granice, materijali baterije mogu postati nestabilni. U teškim situacijama to može pokrenuti toplinski bijeg, gdje stvaranje topline postaje-samoodrživo i širi se iz jedne ćelije u drugu.

Zbog toga je sprječavanje prekomjerne akumulacije topline temeljni zahtjev u dizajnu električnih vozila i baterija za pohranu energije.

3. Smanjena izvedba punjenja

Brzo punjenje stvara značajno toplinsko opterećenje baterija.

Tijekom punjenja-jakom strujom, litijevi ioni se brzo kreću između elektroda. Ako se toplina ne može učinkovito ukloniti, možda će biti potrebno smanjiti brzinu punjenja kako bi se zaštitilo zdravlje baterije.

Ovo stvara izravan sukob:

Kupci žele brže punjenje.

Inženjeri baterija trebaju bolju kontrolu topline.

Učinkovito upravljanje toplinom pomaže riješiti ovaj izazov brzim uklanjanjem topline uz održavanje stabilne temperature ćelije.

Zašto je ujednačenost temperature jednako važna

Mnogi ljudi misle da je hlađenje baterije samo smanjenje temperature.

Međutim, ujednačenost temperature je jednako važna.

Baterija može sadržavati stotine međusobno povezanih ćelija. Ako jedno područje čopora radi toplije od drugog područja, te će stanice drugačije starjeti.

Na primjer:

Toplije stanice se brže razgrađuju

Hladnije ćelije održavaju bolje performanse

Cjelokupni sustav upravljanja baterijom mora ograničiti rad na temelju najslabijih ćelija

Stoga cilj upravljanja toplinom baterije nije jednostavno:

"Make the battery cooler."

Pravi cilj je:

"Održavajte rad svake ćelije na sličnoj i optimalnoj temperaturi."

Ovo je jedan od razloga zaštosustavi tekućeg hlađenjapostaju sve češći u modernim baterijama.

Zračno hlađenje u odnosu na tekuće hlađenje za baterije

Rana električna vozila i baterijski-sustavi male snage često su koristili hlađenje zrakom jer je bilo jednostavno, lagano i jeftino.

Međutim, kako se gustoća energije baterije i brzina punjenja povećavaju, tradicionalno hlađenje zrakom počelo je pokazivati ​​ograničenja.

Ograničenja zračnog hlađenja

Zrak ima relativno nisku toplinsku vodljivost u usporedbi s tekućim rashladnim sredstvom.

Čak i s ventilatorima i kanalima za protok zraka, uklanjanje velikih količina topline iz gusto zbijenih baterijskih modula postaje teško.

Uobičajeni izazovi uključuju:

Neravnomjerno hlađenje između ćelija

Ograničen kapacitet hlađenja

Zahtjevi za većim prostorom

Veća buka od ventilatora

Poteškoće s podržavanjem brzog punjenja

Za-aplikacije male snage, hlađenje zrakom još uvijek može biti prikladno.

Ali zavisoke{0}}učinkovite EV baterijei sustave za pohranu energije potrebna je jača sposobnost hlađenja.

Zašto je hlađenje tekućinom postalo preferirano rješenje

Hlađenje tekućinomkoristi rashladno sredstvo, obično mješavinu vode-glikola, za prijenos topline s baterijskih ćelija.

U usporedbi sa zrakom, tekuće rashladno sredstvo ima:

***Veći toplinski kapacitet

***Bolja toplinska vodljivost

***Učinkovitiji prijenos topline

A ploča za tekuće hlađenje baterijskih paketainstaliran ispod ili pored baterijskih modula osigurava izravan put prijenosa topline.

Baterijska ćelija

↓

Materijal toplinskog sučelja (TIM)

↓

Aluminijska hladna ploča

↓

Kanal rashladnog sredstva

↓

Vanjski sustav hlađenja

Ovaj dizajn omogućuje učinkovitije uklanjanje topline uz održavanje bolje ujednačenosti temperature u kompletu baterija.

Za moderne EV baterije, sustave za pohranu energije i-aplikacije velike snage,hlađenje tekućinompostao preferirani pristup upravljanju toplinom.