مدیریت حرارتی باتری

چرا صفحات سرد مایع برای خنک کردن باتری EV ضروری هستند؟

باتری‌های لیتیوم{0}}شیوه ذخیره و استفاده از انرژی را تغییر داده‌اند. از وسایل نقلیه الکتریکی و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی گرفته تا تجهیزات صنعتی و برنامه‌های{2}}شارژ سریع، اکنون انتظار می‌رود باتری‌ها قدرت بالاتر، زمان کار طولانی‌تر و سرعت شارژ سریع‌تری ارائه دهند.

با این حال، چگالی انرژی بالاتر یک چالش مهندسی مهم را به همراه دارد: گرما.

هر بسته باتری در حین کار گرما تولید می کند. شارژ باعث ایجاد گرما می شود. تخلیه گرما ایجاد می کند. برنامه های کاربردی با قدرت-بالا، به ویژه شارژ سریع و تخلیه جریان بالا، می توانند تولید گرما را حتی بیشتر افزایش دهند.

چالش صرفاً حذف گرما از بسته باتری نیست. چالش واقعی حفظ هر سلول باتری در محدوده دمایی پایدار و در عین حال به حداقل رساندن اختلاف دما بین سلول‌ها است.

اینجاست کهمدیریت حرارتی باتریضروری می شود.

یک سیستم مدیریت حرارتی موثر به بهبود عملکرد باتری، افزایش عمر مفید، حفظ راندمان شارژ و کاهش خطرات ایمنی کمک می کند. برای مدرنباتری های EVو سیستم های ذخیره انرژی،خنک کننده مایع با صفحات سرد مایع آلومینیومیبه یکی از قابل اعتمادترین راه حل ها تبدیل شده است.

چرا مدیریت حرارتی باتری مهم است؟

باتری‌های لیتیوم{0} یون به دما بسیار حساس هستند.

اکثر سلول‌های یونی لیتیوم در محدوده دمایی نسبتاً باریک، معمولاً در حدود 15 تا 35 درجه، کارآمدترین عملکرد را دارند. هنگامی که دمای باتری خارج از این محدوده حرکت می کند، عملکرد الکتروشیمیایی شروع به کاهش می کند.

یک سیستم مدیریت حرارتی باتری (BTMS) برای کنترل تولید گرما، حذف گرما و توزیع دما در سراسر بسته باتری طراحی شده است.

یک سیستم مدیریت حرارتی که به خوبی طراحی شده-نیازمند سه هدف اصلی است:

***سلول ها را در محدوده دمای عملیاتی بهینه نگهداری کنید

***تفاوت دمایی بین سلول‌ها را کاهش دهید

***جلوگیری از گرمای بیش از حد در حین کار-قدرت بالا

این امر به ویژه با قدرتمندتر شدن سیستم های باتری بسیار مهم است.

به عنوان مثال، یک بسته باتری خودروی الکتریکی ممکن است شامل صدها یا حتی هزاران سلول جداگانه باشد. اگر برخی از سلول ها به طور قابل توجهی گرمتر از سایرین عمل کنند، کل بسته باتری می تواند از پیری نابرابر رنج ببرد.

داغ ترین سلول ها معمولاً محدودیت کلی بسته را تعیین می کنند.

به عبارت دیگر، یک بسته باتری به اندازه ضعیف ترین نقطه حرارتی آن قوی است.

وقتی باتری ها خیلی داغ می شوند چه اتفاقی می افتد؟

گرما یکی از بزرگترین عواملی است که بر عملکرد و طول عمر باتری لیتیوم{0} یون تأثیر می گذارد.

هنگامی که دمای باتری بیش از حد افزایش می یابد، مشکلات متعددی ممکن است رخ دهد.

1. تخریب سریعتر باتری

دمای بالا واکنش‌های شیمیایی ناخواسته را در داخل سلول‌های لیتیوم{0}} تسریع می‌کند.

با گذشت زمان، این می تواند منجر به:

>>>ظرفیت باتری کاهش یافته است

>>>افزایش مقاومت داخلی

>>>عمر چرخه کوتاه تر

>>>راندمان شارژ پایین تر

باتری که به طور مداوم در دماهای بالا کار می کند ممکن است در مقایسه با باتری هایی که تحت شرایط حرارتی کنترل شده نگهداری می شود، عملکرد بسیار سریعتری را از دست بدهد.

2. افزایش خطرات ایمنی

گرمای بیش از حد شدید می تواند شرایط خطرناکی را در سلول های لیتیوم{0}}یون ایجاد کند.

هنگامی که دمای داخلی از حد مجاز بالاتر می رود، مواد باتری ممکن است ناپایدار شوند. در موقعیت‌های شدید، این امر می‌تواند باعث فرار حرارتی شود، جایی که تولید گرما به خودی خود-پایدار می‌شود و از یک سلول به سلول دیگر پخش می‌شود.

به همین دلیل است که جلوگیری از تجمع بیش از حد گرما یک نیاز اساسی در طراحی باتری EV و ذخیره انرژی است.

3. کاهش عملکرد شارژ

شارژ سریع فشار حرارتی قابل توجهی را بر روی باتری ها وارد می کند.

در طول -شارژ جریان بالا، یون‌های لیتیوم به سرعت بین الکترودها حرکت می‌کنند. اگر حرارت را نمی توان به طور موثر حذف کرد، ممکن است برای محافظت از سلامت باتری، سرعت شارژ کاهش یابد.

این یک درگیری مستقیم ایجاد می کند:

مشتریان خواهان شارژ سریعتر هستند.

مهندسان باتری به کنترل حرارت بهتر نیاز دارند.

مدیریت حرارتی کارآمد به حل این چالش با حذف سریع گرما و حفظ دمای سلولی پایدار کمک می کند.

چرا یکنواختی دما به همان اندازه مهم است؟

بسیاری از مردم فکر می کنند خنک کردن باتری فقط کاهش دما است.

با این حال، یکنواختی دما به همان اندازه مهم است.

یک بسته باتری ممکن است حاوی صدها سلول متصل به هم باشد. اگر یک ناحیه از بسته گرمتر از ناحیه دیگر عمل کند، آن سلول ها به طور متفاوتی پیر می شوند.

به عنوان مثال:

سلول های داغتر سریعتر تخریب می شوند

سلول های خنک تر عملکرد بهتری را حفظ می کنند

سیستم کلی مدیریت باتری باید عملکرد را بر اساس ضعیف ترین سلول ها محدود کند

بنابراین، هدف مدیریت حرارتی باتری به سادگی این نیست:

"باتری را خنک تر کنید."

هدف واقعی این است:

"هر سلول را در دمایی مشابه و بهینه کار کنید."

این یک دلیل استسیستم های خنک کننده مایعبه طور فزاینده ای در بسته های باتری مدرن رایج شده اند.

خنک کننده هوا در مقابل خنک کننده مایع برای بسته های باتری

وسایل نقلیه الکتریکی اولیه و سیستم‌های{0}}باطری کم مصرف اغلب از خنک‌کننده هوا استفاده می‌کردند زیرا ساده، سبک و ارزان بود.

با این حال، با افزایش تراکم انرژی باتری و سرعت شارژ، خنک کننده سنتی هوا شروع به نشان دادن محدودیت کرد.

محدودیت های خنک کننده هوا

هوا در مقایسه با خنک کننده مایع، هدایت حرارتی نسبتاً کمی دارد.

حتی با وجود فن‌ها و کانال‌های جریان هوا، حذف مقادیر زیادی گرما از ماژول‌های باتری با بسته‌بندی متراکم دشوار می‌شود.

چالش های رایج عبارتند از:

خنک سازی ناهموار بین سلول ها

ظرفیت خنک کنندگی محدود

فضای مورد نیاز بزرگتر

صدای بالاتر از طرفداران

مشکل در پشتیبانی از شارژ سریع

برای کاربردهای کم مصرف-ممکن است خنک کننده هوا همچنان مناسب باشد.

اما برایباتری‌های{0} EV با کارایی بالاو سیستم های ذخیره انرژی، قابلیت خنک کنندگی قوی تری لازم است.

چرا خنک کننده مایع به راه حل ترجیحی تبدیل شده است؟

خنک کننده مایعاز یک خنک کننده، معمولاً مخلوط آب-گلیکول، برای انتقال گرما از سلول های باتری استفاده می کند.

خنک کننده مایع در مقایسه با هوا دارای:

***ظرفیت حرارتی بالاتر

*** هدایت حرارتی بهتر

***قابلیت انتقال حرارت کارآمدتر

A صفحه خنک کننده مایع برای بسته های باترینصب شده در زیر یا در کنار ماژول های باتری یک مسیر انتقال حرارت مستقیم را فراهم می کند.

سلول باتری

↓

مواد رابط حرارتی (TIM)

↓

صفحه سرد آلومینیومی

↓

کانال خنک کننده

↓

سیستم خنک کننده خارجی

این طراحی باعث می شود تا گرما به طور موثرتری حذف شود و در عین حال یکنواختی دمایی بهتر در سراسر بسته باتری حفظ شود.

برای باتری‌های مدرن EV، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، و-برنامه‌های پرقدرت،خنک کننده مایعبه رویکرد مدیریت حرارتی ترجیحی تبدیل شده است.