Upravljanje toplinom baterije
Zašto su tečne hladne ploče neophodne za hlađenje EV baterija
Litijum{0}}jonske baterije su promijenile način na koji pohranjujemo i koristimo energiju. Od električnih vozila i sistema za skladištenje energije do industrijske opreme i aplikacija za brzo{2}}punjenje, sada se očekuje da baterije isporučuju veću snagu, duže vrijeme rada i veće brzine punjenja.
Međutim, veća gustina energije donosi značajan inženjerski izazov: toplotu.
Svaki paket baterija stvara toplinu tokom rada. Punjenje stvara toplinu. Pražnjenje stvara toplotu. Aplikacije velike{3}}snage, posebno brzo punjenje i pražnjenje velike struje, mogu još više povećati proizvodnju topline.
Izazov nije jednostavno uklanjanje topline iz baterije. Pravi izazov je održavati svaku baterijsku ćeliju unutar stabilnog temperaturnog raspona uz minimiziranje temperaturnih razlika između ćelija.
Evo gdjeupravljanje termičkom baterijompostaje bitno.
Efikasan sistem upravljanja toplotom pomaže u poboljšanju performansi baterije, produženju radnog veka, održavanju efikasnosti punjenja i smanjenju bezbednosnih rizika. Za modernoEV baterijei sistemi za skladištenje energije,tečno hlađenje sa aluminijskim tekućim hladnim pločamapostala jedno od najpouzdanijih rješenja.
Zašto je važno upravljanje temperaturom baterije
Litijum{0}}ionske baterije su veoma osjetljive na temperaturu.
Većina litijum{0}}jonskih ćelija radi najefikasnije u relativno uskom temperaturnom opsegu, obično oko 15 do 35 stepeni. Kada temperatura baterije izađe izvan ovog opsega, elektrohemijske performanse počinju da opadaju.
Sistem upravljanja toplotom baterije (BTMS) je dizajniran da kontroliše stvaranje toplote, uklanjanje toplote i distribuciju temperature kroz komplet baterija.
Dobro{0}}dizajniran sistem upravljanja toplotom treba da postigne tri glavna cilja:
***Održavajte ćelije unutar optimalnog opsega radne temperature
***Smanjite temperaturne razlike između pojedinačnih ćelija
***Spriječite pregrijavanje tokom rada velike-snage
Ovo je posebno važno jer sistemi baterija postaju moćniji.
Na primjer, baterija električnog vozila može sadržavati stotine ili čak hiljade pojedinačnih ćelija. Ako neke ćelije rade znatno toplije od drugih, cijeli paket baterija može pretrpjeti neravnomjerno starenje.
Najtoplije ćelije obično određuju ukupno ograničenje čopora.
Drugim riječima, baterija je jaka onoliko koliko je jaka njegova najslabija termalna tačka.
Šta se dešava kada se baterije previše zagreju?
Toplina je jedan od najvećih faktora koji utiču na performanse i vijek trajanja litijum{0}}jonske baterije.
Kada se temperatura baterije pretjerano poveća, može doći do nekoliko problema.
1. Brža degradacija baterije
Visoke temperature ubrzavaju neželjene hemijske reakcije unutar litijum{0}}jonskih ćelija.
Vremenom to može dovesti do:
>>>Smanjeni kapacitet baterije
>>>Povećan unutrašnji otpor
>>>Kraći životni vek
>>>Niža efikasnost punjenja
Baterija koja neprekidno radi na povišenim temperaturama može izgubiti performanse mnogo brže u poređenju sa baterijom koja se održava u kontrolisanim termičkim uslovima.
2. Povećani sigurnosni rizici
Ekstremno pregrijavanje može stvoriti opasne uslove unutar litijum{0}}jonskih ćelija.
Kada unutrašnje temperature porastu iznad sigurnih granica, materijali baterije mogu postati nestabilni. U teškim situacijama, ovo može izazvati termalni bijeg, gdje stvaranje topline postaje samoodrživo-i širi se od jedne ćelije do druge.
Zbog toga je sprečavanje prekomjerne akumulacije topline osnovni zahtjev u dizajnu EV i baterija za pohranu energije.
3. Smanjene performanse punjenja
Brzo punjenje predstavlja značajan termički stres na baterije.
Tokom punjenja velikom{0}}jonom litijum joni se brzo kreću između elektroda. Ako se toplota ne može efikasno ukloniti, možda će biti potrebno smanjiti brzinu punjenja kako bi se zaštitilo zdravlje baterije.
Ovo stvara direktan sukob:
Kupci žele brže punjenje.
Inženjerima baterija je potrebna bolja kontrola topline.
Efikasno upravljanje toplotom pomaže u rješavanju ovog izazova brzim uklanjanjem topline uz održavanje stabilne temperature ćelije.
Zašto je ujednačenost temperature jednako važna
Mnogi ljudi misle da je hlađenje baterije samo snižavanje temperature.
Međutim, ujednačenost temperature je podjednako važna.
Baterija može sadržavati stotine ćelija povezanih zajedno. Ako jedno područje čopora radi toplije od drugog, te ćelije će drugačije stariti.
na primjer:
Toplije ćelije se brže razgrađuju
Hladnije ćelije održavaju bolje performanse
Cjelokupni sistem upravljanja baterijom mora ograničiti rad na osnovu najslabijih ćelija
Stoga, cilj upravljanja toplinom baterije nije jednostavno:
"Neka baterija bude hladnija."
Pravi cilj je:
"Neka svaka ćelija radi na sličnoj i optimalnoj temperaturi."
Ovo je jedan od razloga zaštosistemi za tečno hlađenjepostali su sve češći u modernim baterijama.
Vazdušno hlađenje naspram tekućeg hlađenja za baterije
Rana električna vozila i sistemi baterija male{0}}e snage često su koristili zračno hlađenje jer je bilo jednostavno, lagano i jeftino.
Međutim, kako su se povećavala gustina energije baterije i brzina punjenja, tradicionalno zračno hlađenje počelo je pokazivati ograničenja.
Ograničenja vazdušnog hlađenja
Vazduh ima relativno nisku toplotnu provodljivost u poređenju sa tečnim rashladnim sredstvom.
Čak i sa ventilatorima i kanalima za protok vazduha, uklanjanje velike količine toplote iz gusto zbijenih baterijskih modula postaje teško.
Uobičajeni izazovi uključuju:
Neravnomjerno hlađenje između ćelija
Ograničeni kapacitet hlađenja
Zahtjevi za većim prostorom
Veća buka od ventilatora
Poteškoće s podrškom brzog punjenja
Za aplikacije male snage{0}}, zračno hlađenje može biti prikladno.
Ali zavisoke{0}}baterije za EVi sistemima za skladištenje energije, potrebna je jača sposobnost hlađenja.
Zašto je tečno hlađenje postalo poželjno rješenje
Tečno hlađenjekoristi rashladno sredstvo, obično mješavinu vode{0}}glikola, za prijenos topline sa ćelija baterije.
U poređenju sa vazduhom, tečno rashladno sredstvo ima:
***Veći toplotni kapacitet
***Bolja toplotna provodljivost
*** Efikasnija sposobnost prenosa toplote
A ploča za tečno hlađenje za baterijeinstaliran ispod ili pored baterijskih modula pruža direktan put prijenosa topline.
Baterija
↓
Termički materijal interfejsa (TIM)
↓
↓
Kanal rashladne tečnosti
↓
Eksterni sistem hlađenja
Ovaj dizajn omogućava efikasnije uklanjanje topline uz održavanje bolje ujednačenosti temperature u kompletu baterija.
Za moderne EV baterije, sisteme za pohranu energije i{0}}aplikacije velike snage,tečno hlađenjeje postao preferirani pristup termičkom upravljanju.
