Thermisch beheer van het batterijsysteem
Thermisch beheer van de batterijomvat voornamelijk koeling, verwarming en temperatuuregalisatie. De koel- en verwarmingsfuncties passen zich voornamelijk aan de potentiële invloed van de externe omgevingstemperatuur op de accu aan. Temperatuuregalisatie vermindert de temperatuurverschillen binnen het accupakket en voorkomt snelle achteruitgang van de accu als gevolg van oververhitting in bepaalde gebieden.
Over het algemeen zijn de koelmethoden voor elektrische batterijen hoofdzakelijk onderverdeeld in drie categorieën: luchtkoeling, vloeistofkoeling en directe koeling. Luchtkoeling maakt gebruik van natuurlijke lucht of koellucht uit het passagierscompartiment om warmte-uitwisseling en koeling over het batterijoppervlak te bewerkstelligen. Vloeistofkoeling maakt doorgaans gebruik van onafhankelijke koelmiddelleidingen om de accu te verwarmen of te koelen; dit is momenteel de reguliere koelmethode, die wordt gebruikt in Tesla- en Volt-batterijen. Directe koelsystemen elimineren de noodzaak van aparte koelleidingen voor de accu, waarbij direct gebruik wordt gemaakt van koelmiddel om deze te koelen.
1. Luchtkoelsysteem
Vroege energiebatterijen maakten vanwege hun kleinere capaciteit en energiedichtheid vaak gebruik van luchtkoeling. Luchtkoeling is onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: natuurlijke luchtkoeling en geforceerde luchtkoeling (met behulp van een ventilator), waarbij gebruik wordt gemaakt van natuurlijke lucht of koele lucht uit het passagierscompartiment om de accu te koelen.
Momenteel bevinden de 48V-accu's in 48V mild-hybride voertuigen zich doorgaans in het passagierscompartiment en worden ze gekoeld door lucht. Luchtkoelsystemen- zijn relatief eenvoudig van structuur, technologisch volwassen en goedkoop. Vanwege het beperkte warmteafvoervermogen van de lucht is hun warmtewisselingsefficiëntie echter laag, wat resulteert in een slechte interne temperatuuruniformiteit en problemen bij het nauwkeurig regelen van de batterijtemperatuur. Daarom zijn luchtkoelsystemen- over het algemeen geschikt voor toepassingen met korte actieradius en lichtgewicht voertuigen.
2. Vloeistofkoelsystemen
Bij vloeistofkoeling wordt gebruik gemaakt van een koelvloeistof om warmte uit te wisselen met de batterij. Koelmiddelen zijn onderverdeeld in twee soorten: koelmiddelen die rechtstreeks in contact kunnen komen met de accucellen (siliconenolie, ricinusolie, enz.) en middelen die via waterkanalen in contact komen met de cellen (water en ethyleenglycol, enz.); momenteel wordt vaker een mengsel van water en ethyleenglycol gebruikt. Vloeistofkoelsystemen omvatten doorgaans een koelmachine die is gekoppeld aan de koelcyclus, waarbij het koelmiddel wordt gebruikt om warmte uit de batterij te verwijderen. De kerncomponenten zijn de compressor, koelmachine en waterpomp. De compressor bepaalt als krachtbron voor de koeling de warmtewisselingscapaciteit van het gehele systeem. De koelmachine vergemakkelijkt de warmte-uitwisseling tussen het koelmiddel en het koelmiddel, en de hoeveelheid warmte-uitwisseling bepaalt rechtstreeks de temperatuur van het koelmiddel. De waterpomp bepaalt het debiet van het koelmiddel in de leidingen; een sneller debiet resulteert in betere warmte-uitwisselingsprestaties, en vice versa.
Vloeistofkoelsystemen bieden meer flexibiliteit. Er kunnen koelkanalen tussen batterijmodules worden geïnstalleerd (momenteel de gangbare aanpak), er kunnen koelplaten aan de onderkant van de batterij worden gebruikt, of de cellen of modules kunnen in koelvloeistof worden ondergedompeld. De voordelen van vloeistofkoelsystemen zijn onder meer hoge warmteoverdrachtscoëfficiënten, snelle stroomsnelheden, goede temperatuuruniformiteit en nauwkeurige temperatuurregeling. Nadelen zijn onder meer de systeemcomplexiteit, hoge afdichtingseisen, het koelsysteem dat een aanzienlijk deel van het gewicht van het batterijpakket voor zijn rekening neemt, en relatief hoge kosten.
