Šilumos valdymo sprendimai akumuliatorių sistemoms

Nėra abejonės, kad temperatūros faktorius daro lemiamą įtaką akumuliatorių veikimui, tarnavimo laikui ir saugumui. Apskritai tikimės, kad akumuliatorių sistema veiks 15–35 ℃ temperatūroje, kad būtų pasiekta geriausia išėjimo ir įėjimo galia, maksimaliai prieinama energija ir ilgiausia ciklo trukmė (nors laikymas žemoje temperatūroje gali pailginti akumuliatoriaus kalendorinį tarnavimo laiką, tačiau praktikuoti žemos temperatūros laikymą įvairiose programose nėra prasmės, o akumuliatoriai šiuo atžvilgiu yra labai panašūs į žmones).

Šiuo metu akumuliatorių sistemos šilumos valdymą galima suskirstyti į keturias kategorijas: natūralų aušinimą, oro aušinimą, skysčio aušinimą ir tiesioginį aušinimą. Iš jų natūralus aušinimas yra pasyvus šilumos valdymo metodas, o oro aušinimas, skysčio aušinimas ir nuolatinė srovė yra aktyvūs. Pagrindinis skirtumas tarp šių trijų yra šilumos mainų terpės skirtumas.

· Natūralus vėsinimas
Laisvas aušinimas neturi papildomų šilumos mainų įtaisų. Pavyzdžiui, BYD pritaikė natūralų aušinimą Qin, Tang, Song, E6, Tengshi ir kituose modeliuose, kuriuose naudojamos LFP ląstelės. Suprantama, kad vėlesni BYD modeliai, kuriuose naudojamos trijų komponentų baterijos, pereis prie skysčio aušinimo.

· Oro aušinimas (PTC oro šildytuvas)
Oro aušinimas naudoja orą kaip šilumos perdavimo terpę. Yra du įprasti tipai. Pirmasis vadinamas pasyviu oro aušinimu, kuris tiesiogiai naudoja išorinį orą šilumos mainams. Antrasis tipas yra aktyvus oro aušinimas, kuris gali iš anksto pašildyti arba atvėsinti išorinį orą prieš jam patenkant į akumuliatorių sistemą. Ankstyvosiomis dienomis daugelyje japonų ir korėjiečių elektrinių modelių buvo naudojami oru aušinami sprendimai.

· Skysčio aušinimas
Skysčio aušinimas naudoja antifrizą (pvz., etilenglikolį) kaip šilumos perdavimo terpę. Paprastai tirpale yra keli skirtingi šilumos mainų kontūrai. Pavyzdžiui, VOLT turi radiatoriaus kontūrą, oro kondicionavimo kontūrą (PTC oro kondicionavimas) ir PTC grandinė (PTC aušinimo skysčio šildytuvas). Akumuliatoriaus valdymo sistema reaguoja, prisitaiko ir persijungia pagal šilumos valdymo strategiją. „TESLA Model S“ turi grandinę, sujungtą nuosekliai su variklio aušinimu. Kai akumuliatorių reikia šildyti esant žemai temperatūrai, variklio aušinimo grandinė yra sujungta nuosekliai su akumuliatoriaus aušinimo grandine, o variklis gali šildyti akumuliatorių. Kai maitinimo akumuliatoriaus temperatūra yra aukšta, variklio aušinimo grandinė ir akumuliatoriaus aušinimo grandinė bus reguliuojamos lygiagrečiai, o abi aušinimo sistemos išsklaidys šilumą atskirai.

1. Dujų kondensatorius

2. Antrinis kondensatorius

3. Antrinis kondensatoriaus ventiliatorius

4. Dujų kondensatoriaus ventiliatorius

5. Kondicionieriaus slėgio jutiklis (aukšto slėgio pusė)

6. Oro kondicionieriaus temperatūros jutiklis (aukšto slėgio pusė)

7. Elektroninis oro kondicionieriaus kompresorius

8. Kondicionieriaus slėgio jutiklis (žemo slėgio pusė)

9. Oro kondicionieriaus temperatūros jutiklis (žemo slėgio pusė)

10. Išsiplėtimo vožtuvas (aušintuvas)

11. Išsiplėtimo vožtuvas (garintuvas)

· Tiesioginis aušinimas
Tiesioginio aušinimo atveju kaip šilumos mainų terpė naudojamas šaltnešis (fazės kaitos medžiaga). Šaltnešis dujų ir skysčio fazinio virsmo proceso metu gali sugerti didelį šilumos kiekį. Palyginti su šaltnešiu, šilumos perdavimo efektyvumą galima padidinti daugiau nei tris kartus, o akumuliatorių galima pakeisti greičiau. Sistemos viduje esanti šiluma pašalinama. Tiesioginio aušinimo schema buvo panaudota BMW i3.

 

Be aušinimo efektyvumo, akumuliatorių sistemos šilumos valdymo schema turi atsižvelgti į visų akumuliatorių temperatūros pastovumą. Akumuliatoriuje (PACK) yra šimtai elementų, o temperatūros jutiklis negali aptikti kiekvieno elemento. Pavyzdžiui, „Tesla Model S“ modulyje yra 444 akumuliatoriai, tačiau yra tik 2 temperatūros aptikimo taškai. Todėl būtina užtikrinti kuo didesnį akumuliatoriaus pastovumą taikant šilumos valdymo projektą. Geras temperatūros pastovumas yra būtina sąlyga norint užtikrinti tokius veikimo parametrus kaip akumuliatoriaus galia, veikimo laikas ir įkrovos lygis (SOC).