Šilumos valdymo technologija
Baterijos šilumos valdymas
Akumuliatoriaus šilumos valdymas yra pagrindinė elektrinių transporto priemonių šilumos valdymo sistemos sudedamoji dalis. Pagrindinis jo tikslas yra užtikrinti, kad akumuliatoriaus blokas išlaikytų tinkamą darbo temperatūrą įvairiomis eksploatavimo sąlygomis, kad būtų užtikrintas akumuliatoriaus veikimas, saugumas ir tarnavimo laikas. Baterijos šilumos valdymas daugiausia apima du aspektus: šilumos išsklaidymo ir šildymo. Toliau bus aprašyti skirtingi techniniai būdai, kaip pasiekti šias dvi funkcijas.
1.Akumuliatoriaus šilumos išsklaidymas
1) Oro aušinimas. Oro vėsinimas yra gana paprastas ir nebrangus šilumos išsklaidymo būdas. Jis pašalina akumuliatoriaus skleidžiamą šilumą natūralios konvekcijos būdu arba įrengdamas ventiliatorių, kad priverstų oro srautą. Oro aušinimo sistema daugiausia priklauso nuo akumuliatoriaus paviršiaus aušintuvo šilumos mainams, o tai tinka esant mažo galios tankio arba vidutinės aplinkos temperatūros sąlygoms. Tačiau dėl mažos specifinės oro šiluminės talpos šilumos mainų efektyvumas yra santykinai ribotas, o didelės galios ir didelio energijos tankio akumuliatorių greitas aušinimo gebėjimas yra silpnas.
2) Aušinimas skysčiu. Skysčio aušinimo tirpale kaip šilumos perdavimo terpė naudojamas aušinimo skystis (pvz., vanduo, etilenglikolio tirpalas ir kt.), kuris cirkuliaciniu vamzdžiu tiesiogiai liečiasi su akumuliatoriumi, kad būtų pasiektas efektyvus šilumos laidumas. Skysčio aušinimo sistema gali tiksliai valdyti akumuliatoriaus temperatūrą, ypač didelio našumo elektromobiliams. Efektyviai apsaugodama akumuliatorių nuo perkaitimo, ji užtikrina tolygų akumuliatoriaus temperatūros pasiskirstymą, taip pagerindama baterijos veikimo laiką ir bendrą veikimą. Tačiau skystas aušinimas turi tam tikrų apribojimų. Skysčio aušinimo sistema yra sudėtingesnė, yra skysčio nutekėjimo pavojus, yra tam tikri medžiagos atsparumo korozijai reikalavimai, padidėja priežiūros išlaidos.
3) Fazės keitimo medžiagos (PCM) šilumos išsklaidymas. Fazių keitimo medžiagos gali sugerti didelį latentinės šilumos kiekį kietos ir skystos fazės perėjimo procese ir taip pasiekti gerą šilumos išsklaidymo efektą. Kai naudojamas akumuliatoriaus šilumos valdymui, PCM gali būti apvyniotas aplink akumuliatorių arba įterptas į akumuliatoriaus modulį, kad sugertų šilumą, kai akumuliatoriaus temperatūra pakyla, o tai atlieka lėto šilumos išsiskyrimo vaidmenį. PCM šilumos išsklaidymo privalumas yra pastovios temperatūros charakteristikos, neleidžiančios staigiai pakilti akumuliatoriaus temperatūrai, tačiau trūkumai taip pat yra gana akivaizdūs. Jo šilumos laidumas yra palyginti prastas, reakcijos greitis yra lėtas, o medžiagų kaina yra didelė.
4) Šilumos vamzdžio šilumos išsklaidymas. Šilumos vamzdžiai gali perduoti šilumą naudodami darbinio skysčio fazės keitimo procesą be išorinės energijos įvesties, kad būtų pasiektas efektyvus šilumos laidumas. Akumuliatoriaus šilumos valdymo programose šilumos vamzdžiai gali greitai perduoti šilumą iš vietinių karštųjų taškų ir pagerinti viso akumuliatoriaus bloko temperatūros pastovumą. Šilumos vamzdžių pranašumai yra didelis šilumos perdavimo efektyvumas, mažas dydis ir lengvas svoris, tačiau jų struktūra yra sudėtinga, gamybos sąnaudos yra gana didelės, todėl reikia atkreipti dėmesį į tinkamo kondensacijos galo suprojektavimą, kad būtų užtikrintas šilumos išsklaidymo efektyvumas.
5) Tiesioginis aušinimo šilumos išsklaidymas. Tiesioginis aušinimas daugiausia reiškia aušinimo terpę (dažniausiai skystą), kuri teka tiesiai per akumuliatoriaus modulį arba akumuliatoriaus elementą, kad būtų veiksmingai valdoma akumuliatoriaus darbinė temperatūra. Ši konstrukcija leidžia akumuliatoriaus paviršiui greitai išsklaidyti šilumą, o tai ypač tinka esant aukštai temperatūrai ir esant dideliam energijos poreikiui. Tačiau tiesioginiam vėsinimui keliami itin aukšti sandarinimo reikalavimai, o aušinimo skysčiui nutekėjus gali kilti rimtų pavojų saugai.
2. Akumuliatoriaus šildymas
1) PTC šildymas. Teigiamo temperatūros koeficiento (PTC) šildytuvas pagrįstas teigiamu temperatūros koeficiento efektu, tai yra, atsparumas didėja didėjant temperatūrai. Todėl jis gali užtikrinti stabilų šilumos išeigą žemos temperatūros aplinkoje, tuo pačiu automatiškai apribodamas savo temperatūrą, kad ji nebūtų per aukšta. PTC šildymas plačiai naudojamas elektrinėse transporto priemonėse siekiant komforto, pavyzdžiui, sėdynių šildymas ir papildomas transporto priemonės oro kondicionavimo sistemos šildymas. Dėl savireguliuojančių savybių jis gali užtikrinti stabilų ir efektyvų šildymo efektą, išvengiant perkaitimo sukeliamų problemų. Tai efektyvi šildymo technologija. Tačiau PTC šildymas yra elektrinis šildymas, kuris padidins bendrą elektromobilių energijos suvartojimą ir sumažins važiavimo atstumą.
2) Šilumos siurblio šildymas. Šilumos siurblio oro kondicionavimo sistema sugeria žemos temperatūros šilumą iš išorinės aplinkos per atvirkštinį Carnot ciklą ir perduoda ją į akumuliatorių bei kabiną suspaudimo ir šilumos išleidimo procesu. Palyginti su tradiciniais PTC šildymo metodais, šilumos siurbliai yra efektyvesni energijai žemoje temperatūroje ir padeda išlaikyti transporto priemonės našumą. Tačiau šilumos siurblių sistemų projektavimas ir veikimas yra sudėtingesni, ypač esant ekstremalioms žemos temperatūros sąlygoms, kai jų našumas sumažės. Dėl šios priežasties kai kuriuose tyrimuose buvo pasiūlytos naujoviškos technologijos, tokios kaip oro įpurškimas ir dviejų šaltinių šilumos siurbliai, siekiant optimizuoti šilumos siurblio veikimą esant žemai aplinkos temperatūrai.