Управљање топлотом батерије
Зашто су течне хладне плоче неопходне за хлађење ЕВ батерија
Литијум{0}}јонске батерије су промениле начин на који складиштимо и користимо енергију. Од електричних возила и система за складиштење енергије до индустријске опреме и апликација за брзо{2}}пуњење, сада се очекује да батерије испоручују већу снагу, дуже време рада и веће брзине пуњења.
Међутим, већа густина енергије доноси значајан инжењерски изазов: топлоту.
Сваки пакет батерија генерише топлоту током рада. Пуњење ствара топлоту. Пражњење ствара топлоту. Апликације велике{3}}е снаге, посебно брзо пуњење и пражњење велике струје, могу још више повећати производњу топлоте.
Изазов није једноставно уклањање топлоте из батерије. Прави изазов је одржавати сваку батеријску ћелију у стабилном температурном опсегу уз минимизирање температурних разлика између ћелија.
Ево гдеуправљање термичком батеријомпостаје суштински.
Ефикасан систем управљања топлотом помаже у побољшању перформанси батерије, продужењу радног века, одржавању ефикасности пуњења и смањењу безбедносних ризика. За модернеЕВ батеријеи системи за складиштење енергије,течно хлађење са алуминијумским течним хладним плочамапостала једно од најпоузданијих решења.
Зашто је важно управљање топлотом батерије
Литијум{0}}јонске батерије су веома осетљиве на температуру.
Већина литијум{0}}јонских ћелија ради најефикасније у релативно уском температурном опсегу, обично око 15 степени до 35 степени. Када се температура батерије помери изван овог опсега, електрохемијске перформансе почињу да опадају.
Систем управљања топлотом батерије (БТМС) је дизајниран да контролише стварање топлоте, одвођење топлоте и дистрибуцију температуре у комплету батерија.
Добро{0}}добро дизајниран систем управљања топлотом треба да постигне три главна циља:
*** Одржавајте ћелије у оптималном опсегу радне температуре
***Смањите температурне разлике између појединачних ћелија
***Спречите прегревање током{0}}радања велике снаге
Ово је посебно важно јер системи батерија постају моћнији.
На пример, батерија за електрично возило може да садржи стотине или чак хиљаде појединачних ћелија. Ако неке ћелије раде знатно топлије од других, цео пакет батерија може да пати од неуједначеног старења.
Најтоплије ћелије обично одређују укупно ограничење чопора.
Другим речима, батерија је јака онолико колико је јака њена најслабија термичка тачка.
Шта се дешава када се батерије превише загреју?
Топлота је један од највећих фактора који утиче на перформансе и век трајања литијум{0}јонске батерије.
Када се температура батерије претерано повећа, може доћи до неколико проблема.
1. Бржа деградација батерије
Високе температуре убрзавају нежељене хемијске реакције унутар литијум{0}}јонских ћелија.
Временом, то може довести до:
>>>Смањен капацитет батерије
>>>Повећан унутрашњи отпор
>>>Краћи животни век циклуса
>>>Нижа ефикасност пуњења
Батерија која непрекидно ради на повишеним температурама може изгубити перформансе много брже у поређењу са батеријом која се одржава у контролисаним термичким условима.
2. Повећани безбедносни ризици
Екстремно прегревање може да створи опасне услове унутар литијум{0}}јонских ћелија.
Када унутрашње температуре порасту изнад безбедних граница, материјали батерије могу постати нестабилни. У тешким ситуацијама, ово може да изазове топлотни бег, где производња топлоте постаје самоодржива-и шири се од једне ћелије до друге.
Због тога је спречавање прекомерне акумулације топлоте основни захтев у дизајну ЕВ и батерија за складиштење енергије.
3. Смањене перформансе пуњења
Брзо пуњење доводи до значајног термичког стреса на батерије.
Током пуњења велике{0}}те струје, литијум јони се брзо крећу између електрода. Ако се топлота не може ефикасно уклонити, брзина пуњења ће можда морати да се смањи да би се заштитило здравље батерије.
Ово ствара директан сукоб:
Купци желе брже пуњење.
Инжењерима батерија је потребна боља контрола топлоте.
Ефикасно управљање топлотом помаже у решавању овог изазова тако што брзо уклања топлоту уз одржавање стабилне температуре ћелије.
Зашто је уједначеност температуре једнако важна
Многи људи мисле да је хлађење батерије само снижавање температуре.
Међутим, уједначеност температуре је подједнако важна.
Батерија може да садржи стотине ћелија повезаних заједно. Ако једно подручје чопора ради топлије од другог, те ћелије ће другачије старити.
на пример:
Топлије ћелије се брже разграђују
Хладније ћелије одржавају боље перформансе
Укупан систем управљања батеријом мора ограничити рад на основу најслабијих ћелија
Стога, циљ управљања термичком батеријом није једноставно:
„Нека батерија буде хладнија.“
Прави циљ је:
"Нека свака ћелија ради на сличној и оптималној температури."
Ово је један од разлога заштосистеми за течно хлађењепостали су све чешћи у модерним батеријама.
Ваздушно хлађење наспрам течног хлађења за батерије
Рана електрична возила и системи батерија мале{0}}не снаге често су користили ваздушно хлађење јер је било једноставно, лагано и јефтино.
Међутим, како су се повећавала густина енергије батерије и брзина пуњења, традиционално хлађење ваздуха почело је да показује ограничења.
Ограничења ваздушног хлађења
Ваздух има релативно ниску топлотну проводљивост у поређењу са течним расхладним средством.
Чак и са вентилаторима и каналима за проток ваздуха, уклањање велике количине топлоте из густо збијених батеријских модула постаје тешко.
Уобичајени изазови укључују:
Неравномерно хлађење између ћелија
Ограничени капацитет хлађења
Већи захтеви за простором
Већа бука од вентилатора
Потешкоће са подршком брзог пуњења
За апликације мале{0}}не снаге, ваздушно хлађење би и даље могло бити прикладно.
Али зависоке{0}}батерије за ЕВи система за складиштење енергије, потребна је јача способност хлађења.
Зашто је течно хлађење постало пожељно решење
Течно хлађењекористи расхладну течност, обично мешавину воде{0}}гликола, да пренесе топлоту са ћелија батерије.
У поређењу са ваздухом, течна расхладна течност има:
*** Већи топлотни капацитет
***Боља топлотна проводљивост
*** Ефикаснија способност преноса топлоте
A плоча за течно хлађење за батеријеинсталиран испод или поред батеријских модула обезбеђује директан пут преноса топлоте.
Батерија
↓
Термички материјал интерфејса (ТИМ)
↓
↓
Канал за расхладну течност
↓
Екстерни систем хлађења
Овај дизајн омогућава ефикасније уклањање топлоте уз одржавање боље уједначености температуре у комплету батерија.
За савремене ЕВ батерије, системе за складиштење енергије и{0}}апликације велике снаге,течно хлађењепостао је преферирани приступ термичком управљању.
