Řízení teploty baterie
Proč jsou tekuté chladící desky nezbytné pro chlazení baterie elektromobilů
Lithium-iontové baterie změnily způsob, jakým uchováváme a využíváme energii. Od elektrických vozidel a systémů pro ukládání energie po průmyslová zařízení a aplikace s rychlým{2}}nabíjením se nyní očekává, že baterie budou poskytovat vyšší výkon, delší provozní dobu a rychlejší nabíjení.
Vyšší hustota energie však přináší významnou technickou výzvu: teplo.
Každá baterie během provozu vytváří teplo. Nabíjením vzniká teplo. Vybíjením vzniká teplo. Aplikace s vysokým-výkonem, zejména rychlé nabíjení a vybíjení vysokým proudem, mohou tvorbu tepla ještě více zvýšit.
Výzvou není pouhé odstranění tepla z baterie. Skutečnou výzvou je udržovat každý článek baterie ve stabilním teplotním rozsahu a zároveň minimalizovat teplotní rozdíly mezi články.
Toto je místotepelný management bateriese stává zásadní.
Efektivní systém řízení teploty pomáhá zlepšit výkon baterie, prodloužit životnost, zachovat účinnost nabíjení a snížit bezpečnostní rizika. Pro moderníEV bateriea systémy skladování energie,kapalinové chlazení s hliníkovými kapalinovými studenými deskamise stal jedním z nejspolehlivějších řešení.
Proč na tepelném managementu baterií záleží
Lithium-iontové baterie jsou vysoce citlivé na teplotu.
Většina lithium{0}}iontových článků pracuje nejúčinněji v relativně úzkém teplotním rozsahu, typicky kolem 15 až 35 stupňů. Když se teplota baterie dostane mimo tento rozsah, elektrochemický výkon začne klesat.
Systém řízení teploty baterie (BTMS) je navržen tak, aby řídil tvorbu tepla, odvod tepla a distribuci teploty v celé baterii.
Dobře{0}}navržený systém řízení teploty musí dosáhnout tří hlavních cílů:
***Udržujte články v optimálním rozsahu provozních teplot
***Snižte teplotní rozdíly mezi jednotlivými články
***Zabraňte přehřátí-při provozu s vysokým výkonem
To je zvláště důležité, protože bateriové systémy jsou stále výkonnější.
Například baterie elektrického vozidla může obsahovat stovky nebo dokonce tisíce jednotlivých článků. Pokud některé články pracují výrazně více než jiné, může celá baterie trpět nerovnoměrným stárnutím.
Nejžhavější buňky obvykle určují celkové omezení smečky.
Jinými slovy, baterie je pouze tak silná, jak silný je její nejslabší tepelný bod.
Co se stane, když jsou baterie příliš horké?
Teplo je jedním z největších faktorů ovlivňujících výkon a životnost lithium{0}iontové baterie.
Když se teplota baterie nadměrně zvýší, může dojít k několika problémům.
1. Rychlejší degradace baterie
Vysoké teploty urychlují nežádoucí chemické reakce uvnitř lithium-iontových článků.
Postupem času to může vést k:
>>>Snížená kapacita baterie
>>>Zvýšený vnitřní odpor
>>>Kratší životnost cyklu
>>>Nižší účinnost nabíjení
Baterie, která pracuje nepřetržitě při zvýšených teplotách, může ztrácet výkon mnohem rychleji ve srovnání s baterií udržovanou v kontrolovaných tepelných podmínkách.
2. Zvýšená bezpečnostní rizika
Extrémní přehřátí může vytvořit nebezpečné podmínky uvnitř lithium-iontových článků.
Když vnitřní teploty překročí bezpečné limity, materiály baterie se mohou stát nestabilními. V závažných situacích to může vyvolat tepelný útěk, kdy se tvorba tepla-neudržuje a šíří se z jedné buňky do druhé.
To je důvod, proč je zamezení nadměrné akumulace tepla základním požadavkem při konstrukci elektrických akumulátorů a akumulátorů energie.
3. Snížený výkon nabíjení
Rychlé nabíjení výrazně tepelně namáhá baterie.
Během nabíjení vysokým-proudem se ionty lithia rychle pohybují mezi elektrodami. Pokud teplo nelze účinně odvádět, může být nutné snížit rychlost nabíjení, aby se ochránilo zdraví baterie.
To vytváří přímý konflikt:
Zákazníci chtějí rychlejší nabíjení.
Inženýři baterií potřebují lepší regulaci tepla.
Efektivní řízení teploty pomáhá vyřešit tento problém tím, že rychle odstraňuje teplo a zároveň udržuje stabilní teploty článků.
Proč je stejnoměrnost teploty stejně důležitá
Mnoho lidí si myslí, že chlazení baterie je pouze o snížení teploty.
Stejně důležitá je však rovnoměrnost teploty.
Baterie může obsahovat stovky vzájemně propojených článků. Pokud je jedna oblast smečky žhavější než jiná, tyto buňky stárnou jinak.
Například:
Teplejší buňky rychleji degradují
Chladnější články udržují lepší výkon
Celkový systém správy baterie musí omezit provoz na základě nejslabších článků
Proto není cílem tepelného managementu baterie jednoduše:
"Zchladit baterii."
Skutečným cílem je:
"Udržujte provoz každé buňky při podobné a optimální teplotě."
To je jeden z důvodůkapalinové chladicí systémyse v moderních bateriových sadách stávají stále běžnějšími.
Chlazení vzduchem vs. chlazení kapalinou pro bateriové sady
Dřívější elektrická vozidla a nízkoenergetické bateriové systémy často používaly chlazení vzduchem, protože to bylo jednoduché, lehké a levné.
S rostoucí hustotou energie baterie a rychlostí nabíjení však tradiční vzduchové chlazení začalo vykazovat omezení.
Omezení chlazení vzduchem
Vzduch má relativně nízkou tepelnou vodivost ve srovnání s kapalným chladivem.
I v případě ventilátorů a kanálů proudění vzduchu je odstranění velkého množství tepla z hustě zaplněných bateriových modulů obtížné.
Mezi běžné výzvy patří:
Nerovnoměrné chlazení mezi články
Omezený chladicí výkon
Větší nároky na prostor
Vyšší hluk od ventilátorů
Potíže s podporou rychlého nabíjení
Pro aplikace s nízkým{0}}příkonem může být stále vhodné chlazení vzduchem.
Ale provysoce{0}}výkonné baterie pro elektromobilya systémů pro skladování energie je zapotřebí silnější chladicí kapacita.
Proč se kapalinové chlazení stalo preferovaným řešením
Chlazení kapalinoupoužívá chladicí kapalinu, obvykle směs vody-glykolu, k přenosu tepla z článků baterie.
Ve srovnání se vzduchem má kapalná chladicí kapalina:
*** Vyšší tepelná kapacita
*** Lepší tepelná vodivost
*** Účinnější schopnost přenosu tepla
A kapalinová chladicí deska pro bateriové sadyinstalované pod nebo vedle bateriových modulů poskytuje přímou cestu přenosu tepla.
Bateriový článek
↓
Materiál tepelného rozhraní (TIM)
↓
↓
Kanál chladicí kapaliny
↓
Externí chladicí systém
Tato konstrukce umožňuje účinnější odvod tepla při zachování lepší rovnoměrnosti teploty v celé baterii.
Pro moderní baterie elektromobilů, systémy pro uchovávání energie a-vysokopříkonové aplikacekapalinové chlazeníse stal preferovaným přístupem tepelného managementu.
