Managementul termic al bateriei
De ce plăcile reci lichide sunt esențiale pentru răcirea bateriei EV
Bateriile litiu-ion au schimbat modul în care stocăm și folosim energia. De la vehicule electrice și sisteme de stocare a energiei până la echipamente industriale și aplicații de-încărcare rapidă, acum se așteaptă ca bateriile să ofere o putere mai mare, un timp de funcționare mai lung și viteze de încărcare mai rapide.
Cu toate acestea, o densitate mai mare de energie aduce o provocare inginerească semnificativă: căldura.
Fiecare acumulator generează căldură în timpul funcționării. Încărcarea creează căldură. Descărcarea creează căldură. Aplicațiile cu putere mare-, în special încărcarea rapidă și descărcarea de curent ridicat, pot crește și mai mult generarea de căldură.
Provocarea nu este pur și simplu eliminarea căldurii din acumulator. Adevărata provocare este menținerea fiecărei celule a bateriei într-un interval stabil de temperatură, minimizând în același timp diferențele de temperatură dintre celule.
Aici este loculmanagementul termic al baterieidevine esentiala.
Un sistem eficient de management termic ajută la îmbunătățirea performanței bateriei, la prelungirea duratei de viață, la menținerea eficienței de încărcare și la reducerea riscurilor de siguranță. Pentru modernbaterii EVși sisteme de stocare a energiei,răcire lichidă cu plăci reci din aluminiu lichida devenit una dintre cele mai fiabile soluții.
De ce contează managementul termic al bateriei
Bateriile cu litiu-ion sunt foarte sensibile la temperatură.
Majoritatea celulelor cu ioni de litiu funcționează cel mai eficient într-un interval de temperatură relativ îngust, de obicei între 15 și 35 de grade . Când temperatura bateriei se deplasează în afara acestui interval, performanța electrochimică începe să scadă.
Un sistem de management termic al bateriei (BTMS) este proiectat pentru a controla generarea de căldură, eliminarea căldurii și distribuția temperaturii în întregul pachet de baterii.
Un sistem de management termic bine conceput-trebuie să atingă trei obiective principale:
*** Menține celulele în intervalul optim de temperatură de funcționare
***Reduceți diferențele de temperatură între celulele individuale
***Preveniți supraîncălzirea în timpul funcționării cu putere mare-
Acest lucru este deosebit de important pe măsură ce sistemele de baterii devin mai puternice.
De exemplu, un acumulator de vehicul electric poate conține sute sau chiar mii de celule individuale. Dacă unele celule funcționează semnificativ mai cald decât altele, întregul pachet de baterii poate suferi de îmbătrânire neuniformă.
Cele mai fierbinți celule determină de obicei limitarea generală a pachetului.
Cu alte cuvinte, un pachet de baterii este la fel de puternic ca punctul său termic cel mai slab.
Ce se întâmplă când bateriile se încălzesc prea mult?
Căldura este unul dintre cei mai mari factori care afectează performanța și durata de viață a bateriei cu litiu-ion.
Când temperatura bateriei crește excesiv, pot apărea mai multe probleme.
1. Degradare mai rapidă a bateriei
Temperaturile ridicate accelerează reacțiile chimice nedorite din interiorul celulelor cu ioni de litiu{0}.
În timp, acest lucru poate duce la:
>>>Capacitate redusă a bateriei
>>>Rezistență internă crescută
>>>Ciclu de viață mai scurt
>>>Eficiență de încărcare mai mică
O baterie care funcționează continuu la temperaturi ridicate poate pierde performanța mult mai repede în comparație cu o baterie menținută în condiții termice controlate.
2. Riscuri de siguranță sporite
Supraîncălzirea extremă poate crea condiții periculoase în interiorul celulelor cu ioni de litiu-.
Când temperatura internă depășește limitele de siguranță, materialele bateriei pot deveni instabile. În situații severe, acest lucru poate declanșa evadarea termică, unde generarea de căldură devine auto-susținătoare și se răspândește de la o celulă la alta.
Acesta este motivul pentru care prevenirea acumulării excesive de căldură este o cerință fundamentală în proiectarea EV și a bateriilor de stocare a energiei.
3. Performanță de încărcare redusă
Încărcarea rapidă pune un stres termic semnificativ asupra bateriilor.
În timpul încărcării cu curent ridicat-, ionii de litiu se deplasează rapid între electrozi. Dacă căldura nu poate fi îndepărtată eficient, este posibil să fie necesară reducerea vitezei de încărcare pentru a proteja sănătatea bateriei.
Acest lucru creează un conflict direct:
Clienții doresc încărcare mai rapidă.
Inginerii bateriilor au nevoie de un control mai bun al căldurii.
Managementul termic eficient ajută la rezolvarea acestei provocări prin eliminarea rapidă a căldurii, menținând în același timp temperaturi stabile ale celulei.
De ce este la fel de importantă uniformitatea temperaturii
Mulți oameni cred că răcirea bateriei înseamnă doar scăderea temperaturii.
Cu toate acestea, uniformitatea temperaturii este la fel de importantă.
Un pachet de baterii poate conține sute de celule conectate între ele. Dacă o zonă a pachetului funcționează mai fierbinte decât o altă zonă, acele celule vor îmbătrâni diferit.
De exemplu:
Celulele mai fierbinți se degradează mai repede
Celulele mai reci mențin o performanță mai bună
Sistemul general de management al bateriei trebuie să limiteze funcționarea pe baza celor mai slabe celule
Prin urmare, scopul managementului termic al bateriei nu este doar:
„Faceți bateria mai rece”.
Scopul real este:
„Păstrați fiecare celulă în funcțiune la o temperatură similară și optimă”.
Acesta este un motiv pentru caresisteme de răcire cu lichidau devenit din ce în ce mai frecvente în bateriile moderne.
Răcire cu aer vs răcire cu lichid pentru baterii
Vehiculele electrice timpurii și sistemele de-baterii cu putere redusă foloseau adesea răcirea cu aer, deoarece era simplă, ușoară și ieftină.
Cu toate acestea, pe măsură ce densitatea energiei bateriei și viteza de încărcare au crescut, răcirea tradițională cu aer a început să prezinte limitări.
Limitări ale răcirii cu aer
Aerul are o conductivitate termică relativ scăzută în comparație cu lichidul de răcire.
Chiar și cu ventilatoare și canale de flux de aer, îndepărtarea cantităților mari de căldură din modulele bateriei dens ambalate devine dificilă.
Provocările comune includ:
Răcire neuniformă între celule
Capacitate de răcire limitată
Cerințe de spațiu mai mari
Zgomot mai mare de la ventilatoare
Dificultate la suportarea încărcării rapide
Pentru aplicații cu putere redusă-, răcirea cu aer poate fi totuși adecvată.
Dar pentrubaterii EV de{0}}înaltă performanțăși sisteme de stocare a energiei, este necesară o capacitate de răcire mai puternică.
De ce răcirea cu lichid a devenit soluția preferată
Răcire cu lichidfolosește un lichid de răcire, de obicei un amestec de apă-glicol, pentru a transfera căldura din celulele bateriei.
În comparație cu aerul, lichidul de răcire are:
*** Capacitate termică mai mare
*** Conductivitate termică mai bună
***Capacitate de transfer de căldură mai eficientă
A placă de răcire cu lichid pentru bateriiinstalat sub sau lângă modulele bateriei oferă o cale de transfer direct de căldură.
Celula bateriei
↓
Material de interfață termică (TIM)
↓
↓
Canal de lichid de răcire
↓
Sistem de racire extern
Acest design permite eliminarea căldurii mai eficient, menținând în același timp o uniformitate mai bună a temperaturii pe întregul pachet de baterii.
Pentru bateriile moderne de vehicule electrice, sistemele de stocare a energiei și aplicațiile cu putere mare-,răcire cu lichida devenit abordarea preferată de management termic.
