Overzicht van thermische managementtechnologie 1
1.1 Thermisch beheer van de batterij
Batterijthermisch beheer is een belangrijk onderdeel van het thermische beheersysteem van elektrische voertuigen. Het hoofddoel is om ervoor te zorgen dat het batterijpakket een geschikte bedrijfstemperatuur behoudt onder verschillende bedrijfsomstandigheden om de batterijprestaties, veiligheid en levensduur te garanderen. Batterijthermisch beheer omvat voornamelijk twee aspecten: warmteafvoer en verwarming. Hieronder worden de verschillende technische paden om deze twee functies te bereiken, verder uitgewerkt.
1.1.1 Warmteafvoer van de batterij
1) Luchtkoeling. Luchtkoeling is een relatief eenvoudige en goedkope warmteafvoermethode. Het verwijdert de warmte die door de batterij wordt gegenereerd door natuurlijke convectie of door een ventilator te installeren om luchtstroom te forceren. Het luchtkoelsysteem vertrouwt voornamelijk op de koelplaat op het oppervlak van het batterijpakket voor warmte-uitwisseling, wat geschikt is voor scenario's met lage vermogensdichtheidsvereisten of gematigde omgevingstemperatuur. Vanwege de kleine specifieke warmtecapaciteit van lucht is de warmte-uitwisselingsefficiëntie echter relatief beperkt en is het snelle koelvermogen voor batterijen met een hoog vermogen en een hoge energiedichtheid zwak.
2) Vloeistofkoeling. De vloeistofkoeloplossing gebruikt koelmiddel (zoals water, ethyleenglycoloplossing, enz.) als warmteoverdrachtsmedium, dat in direct contact staat met de batterij via een circulatiepijp om efficiënte warmtegeleiding te bereiken. Het vloeistofkoelsysteem kan de batterijtemperatuur nauwkeurig regelen, met name voor elektrische voertuigen met hoge prestaties. Terwijl het effectief voorkomt dat de batterij oververhit raakt, zorgt het ervoor dat de batterijtemperatuur gelijkmatig wordt verdeeld, waardoor de levensduur van de batterij en de algehele prestaties worden verbeterd. Vloeistofkoeling heeft echter bepaalde beperkingen. Het vloeistofkoelsysteem is complexer, er is een risico op vloeistoflekkage, er zijn bepaalde vereisten voor de corrosiebestendigheid van het materiaal en de onderhoudskosten zijn verhoogd.
3) Faseveranderingsmateriaal (PCM) warmteafvoer. Faseveranderingsmaterialen kunnen een grote hoeveelheid latente warmte absorberen tijdens het vaste-vloeistof faseovergangsproces, waardoor een goed warmteafvoereffect wordt bereikt. Wanneer toegepast op thermisch beheer van batterijen, kan PCM om de batterij worden gewikkeld of in de batterijmodule worden ingebed om warmte te absorberen wanneer de batterijtemperatuur stijgt, wat een rol speelt bij langzame warmteafgifte. Het voordeel van PCM-warmteafvoer is de constante temperatuurkarakteristieken, die voorkomen dat de batterijtemperatuur plotseling stijgt, maar de nadelen zijn ook relatief duidelijk. De thermische geleidbaarheid is relatief slecht, de reactiesnelheid is traag en de materiaalkosten zijn hoog.
4) Warmteafvoer van heatpipes. Heatpipes kunnen warmte overdragen door gebruik te maken van het faseveranderingsproces van de werkvloeistof zonder externe energie-input om efficiënte thermische geleidbaarheid te bereiken. In toepassingen voor thermisch beheer van batterijen kunnen heatpipes snel warmte overdragen van lokale hotspots en de temperatuurconsistentie van het hele batterijpakket verbeteren. Heatpipes hebben de voordelen van een hoge warmteoverdrachtsefficiëntie, een klein formaat en een licht gewicht, maar hun structuur is complex, de productiekosten zijn relatief hoog en er moet aandacht worden besteed aan het ontwerpen van een geschikt condensatie-uiteinde om de warmteafvoerefficiëntie te garanderen.
5) Directe koeling warmteafvoer. Directe koeling verwijst voornamelijk naar het koelmedium (meestal vloeistof) dat rechtstreeks door de batterijmodule of batterijcel stroomt om de bedrijfstemperatuur van de batterij effectief te regelen. Dit ontwerp zorgt ervoor dat het batterijoppervlak snel warmte kan afvoeren, wat met name geschikt is voor situaties met hoge temperaturen en een hoog stroomverbruik. Directe koeling stelt echter extreem hoge eisen aan de afdichting en als de koelvloeistof lekt, kan dit ernstige veiligheidsrisico's opleveren.
1.1.2 Batterijverwarming
1) PTC-verwarming. De positieve temperatuurcoëfficiënt (PTC)-verwarming is gebaseerd op het positieve temperatuurcoëfficiënteffect, dat wil zeggen dat de weerstand toeneemt met de temperatuur. Daarom kan het een stabiele warmteafgifte leveren in een omgeving met lage temperaturen, terwijl het automatisch de eigen temperatuur beperkt om te hoog te zijn. PTC-verwarming wordt veel gebruikt in elektrische voertuigen voor comfort, zoals stoelverwarming en hulpverwarming van het airconditioningsysteem in de auto. Vanwege de zelfregulerende eigenschappen kan het stabiele en efficiënte verwarmingseffecten leveren, terwijl problemen door oververhitting worden vermeden. Het is een efficiënte verwarmingstechnologie. PTC-verwarming is echter elektrische verwarming, wat het totale energieverbruik van elektrische voertuigen zal verhogen en het rijbereik zal verminderen.
2) Warmtepompverwarming. Het warmtepomp-airconditioningsysteem absorbeert lagetemperatuurwarmte uit de externe omgeving via de omgekeerde Carnot-cyclus en brengt deze over naar de accu en de cabine via het proces van het comprimeren en vrijgeven van warmte. Vergeleken met de traditionele PTC-verwarmingsmethode is de warmtepomp energiezuiniger in een omgeving met lage temperaturen, wat helpt om de prestaties van het voertuig te behouden. Het ontwerp en de werking van warmtepompsystemen zijn echter ingewikkelder, vooral onder extreem lage temperaturen, waarbij hun prestaties zullen afnemen. Om deze reden hebben sommige studies innovatieve technologieën voorgesteld, zoals verhoging van de luchtinjectie-enthalpie en warmtepompen met dubbele bron om de prestaties van de warmtepomp bij lage omgevingstemperaturen te optimaliseren.
