Soorten thermische beheersystemen voor batterijen
Verschillende methoden voor thermisch beheer van batterijen omvatten verschillende aantallen onderdelen, structuren en lay-outs. Er worden verschillende soorten thermische beheersystemen geselecteerd op basis van de ontwikkelingskosten van het voertuig, het voertuiggewicht en de vereisten voor de lay-outruimte. De belangrijkste technische routes zijn de volgende vijf typen:
1. Type directe koeling
Het directe koelsysteem, ook wel accu-directe-koelingstechnologie genoemd, is een ingebouwde koelverdamper in de accu, die via een pijpleiding is aangesloten op het airconditioningsysteem. Wanneer de batterij moet worden gekoeld, wordt de compressor gebruikt om het gecomprimeerde koelmiddel naar de verdamper in de batterij te sturen en vervolgens de warmte uit de batterij weg te nemen om het koeleffect te bereiken. Het systeem heeft de voordelen van een compacte structuur, een goed koeleffect, een klein aantal onderdelen (er is slechts één inlaat- en één uitlaatkoelleiding nodig), een laag gewicht, enz. Het nadeel van dit systeem is echter dat het de batterij niet onder water kan verwarmen. Bij lage temperaturen onder nul is het gecondenseerde water dat tijdens het koelproces wordt gegenereerd onbeschermd en is de temperatuuruniformiteit van het koelmiddel moeilijk te controleren. Het koelsysteem heeft een korte levensduur en een lage betrouwbaarheid, en er treden vaak lekkages van koelmiddel, onvoldoende koelcapaciteit en andere storingen op. Dit is de nieuwste batterijkoelingtechnologie, met een relatief lage volwassenheid. Het is toegepast in massaproductiemodellen zoals BYD en Tesla op de markt. Het is een belangrijke technische route in de toekomst, zoals weergegeven in figuur 1.
2. Type radiateurwaterkoeling
Het radiatorkoelcircuit is een onafhankelijk circuit, dat bestaat uit een radiator, een elektronische waterpomp, een verwarming enz., met antivries als medium. Het antivriesmiddel komt uit de radiator, gaat door de verwarming naar de accu en keert uiteindelijk terug naar de radiator. Deze circulatiemethode wordt gebruikt om de batterij te koelen en te verwarmen. Het systeem heeft de voordelen van een eenvoudige structuur, lage kosten en energiebesparing in een omgeving met constante lage temperaturen. Het systeem heeft echter een lage warmteafvoerefficiëntie en de watertemperatuur is hoog in een klimaatomgeving met hoge temperaturen in de zomer, wat niet kan voldoen aan de gebruiksomstandigheden in een omgeving met hoge temperaturen, zoals weergegeven in figuur 2.
3. Type directe koeling en waterkoeling
Dit systeem is geïntegreerd op basis van directe koeling en waterkoeling, en overbrugt het airconditioningsysteem en het waterkoelsysteem via de batterijkoeler Chiller (ook wel warmtewisselaar genoemd). Dit systeem vermijdt de tekortkomingen van de eerste twee koelmethoden en is een van de meest gebruikte thermische beheersystemen voor batterijen. Het systeem heeft meer componenten dan de eerste twee, het systeem is complexer en de benodigde lay-outruimte voor componenten is relatief groot. De compressorbelasting is groot tijdens bedrijf, wat veel energie verbruikt voor het hele voertuig en een slechte economie heeft. Bovendien kan, wanneer het airconditioningsysteem gedeeltelijk uitvalt, niet volledig aan de vraag naar batterijkoeling worden voldaan, zoals weergegeven in Figuur 3.
4. Watergekoeld hybridetype
Dit systeem is gebaseerd op het directe koelwaterkoelsysteem en voegt een radiatorwaterkoelsysteem toe. De twee zijn in parallelle circuits gerangschikt. Door het magneetventiel aan te sturen worden verschillende circuits gebruikt om de accu onder verschillende omstandigheden te koelen. In omgevingen met lage temperaturen hoeft alleen het waterkoelsysteem van de radiator te werken. Schakel in een omgeving met hoge temperaturen over op het directe koelwaterkoelsysteem. Onder zware werkomstandigheden kunnen de twee systemen tegelijkertijd werken en kan de batterij ook een maximale koelcapaciteit verkrijgen, die in principe alle gebruiksomgevingen kan dekken. Dit koelsysteem is uiterst complex en kostbaar en stelt hoge eisen aan de indelingsruimte van het gehele voertuig. De besturingsstrategie van het systeem is complex en stabiliteit en betrouwbaarheid vormen een uitdaging. Dit systeem wordt ook gebruikt in de meeste hybride PHEV-modellen op de markt en beschikt over volwassen technologie, zoals weergegeven in Figuur 4.
5. Type luchtkoeling
Dit systeem leidt de koude lucht vanuit het passagierscompartiment rechtstreeks via een pijp naar de accu en gebruikt de koude lucht om de accu te koelen. De voordelen van dit systeem zijn de eenvoudige structuur, de regelbare koudeluchttemperatuur en de lage systeemkosten. Het heeft echter ook de nadelen van het directe koelsysteem. Het systeem heeft geen verwarmingsfunctie en het gecondenseerde water dat op het batterijoppervlak wordt gegenereerd, is niet gemakkelijk te drogen, wat het risico met zich meebrengt van erosie en vervuiling van de binnenkant van de batterij. Dit type thermische beheermethode wordt over het algemeen niet aanbevolen, zie Figuur 5.
