ניהול תרמי סוללה
מדוע פלטות קרות נוזליות חיוניות לקירור סוללות EV
סוללות ליתיום-שינו את האופן שבו אנו מאחסנים ומשתמשים באנרגיה. מכלי רכב חשמליים ומערכות אחסון אנרגיה ועד לציוד תעשייתי ויישומי טעינה-מהירה, סוללות צפויות כעת לספק כוח גבוה יותר, זמן פעולה ארוך יותר ומהירויות טעינה מהירות יותר.
עם זאת, צפיפות אנרגיה גבוהה יותר מביאה לאתגר הנדסי משמעותי: חום.
כל ערכת סוללות מייצרת חום במהלך הפעולה. טעינה יוצרת חום. פריקה יוצרת חום. יישומי הספק- גבוהים, במיוחד טעינה מהירה ופריקת זרם גבוהה, יכולים להגביר עוד יותר את ייצור החום.
האתגר אינו פשוט להסיר חום מאריזת הסוללות. האתגר האמיתי הוא לשמור על כל תא סוללה בטווח טמפרטורות יציב תוך מזעור הבדלי הטמפרטורה בין התאים.
זה המקום שבוניהול תרמי סוללההופך להיות חיוני.
מערכת ניהול תרמית יעילה מסייעת לשפר את ביצועי הסוללה, להאריך את חיי השירות, לשמור על יעילות הטעינה ולהפחית סיכוני בטיחות. למודרניסוללות EVומערכות אחסון אנרגיה,קירור נוזלי עם פלטות קרות נוזלי אלומיניוםהפך לאחד הפתרונות האמינים ביותר.
למה חשוב ניהול תרמי של סוללה
סוללות ליתיום-יון רגישות מאוד לטמפרטורה.
רוב תאי יון -ליתיום פועלים בצורה היעילה ביותר בטווח טמפרטורות צר יחסית, בדרך כלל סביב 15 מעלות עד 35 מעלות. כאשר טמפרטורת הסוללה נעה מחוץ לטווח זה, הביצועים האלקטרוכימיים מתחילים לרדת.
מערכת ניהול תרמית של הסוללה (BTMS) נועדה לשלוט בהפקת חום, הסרת חום ופיזור הטמפרטורה בכל ערכת הסוללות.
מערכת ניהול תרמית-מעוצבת היטב צריכה להשיג שלוש מטרות עיקריות:
***שמור על תאים בטווח טמפרטורת ההפעלה האופטימלי
***הפחתת הפרשי טמפרטורה בין תאים בודדים
***מנע התחממות יתר במהלך פעולת-הספק גבוה
זה חשוב במיוחד כאשר מערכות הסוללה הופכות חזקות יותר.
לדוגמה, ערכת סוללות לרכב חשמלי עשויה להכיל מאות ואף אלפי תאים בודדים. אם תאים מסוימים פועלים בצורה משמעותית יותר חמה מאחרים, כל ערכת הסוללות עלולה לסבול מהזדקנות לא אחידה.
התאים החמים ביותר קובעים בדרך כלל את המגבלה הכוללת של החבילה.
במילים אחרות, ערכת סוללות חזקה רק כמו הנקודה התרמית החלשה ביותר שלה.
מה קורה כאשר הסוללות מתחממות מדי?
חום הוא אחד הגורמים הגדולים ביותר המשפיעים על ביצועי סוללת הליתיום- ועל משך החיים.
כאשר טמפרטורת הסוללה עולה בצורה מוגזמת, יכולות להתרחש מספר בעיות.
1. פירוק סוללה מהיר יותר
טמפרטורות גבוהות מאיצות תגובות כימיות לא רצויות בתוך תאי ליתיום-.
עם הזמן, זה יכול להוביל ל:
>>>קיבולת סוללה מופחתת
>>>התנגדות פנימית מוגברת
>>>חיי מחזור קצרים יותר
>>>יעילות טעינה נמוכה יותר
סוללה הפועלת ברציפות בטמפרטורות גבוהות עלולה לאבד ביצועים הרבה יותר מהר בהשוואה לסוללה המתוחזקת בתנאים תרמיים מבוקרים.
2. סיכוני בטיחות מוגברים
התחממות יתר קיצונית עלולה ליצור תנאים מסוכנים בתוך תאי ליתיום-.
כאשר הטמפרטורות הפנימיות עולות מעבר לגבולות הבטוחים, חומרי הסוללה עלולים להפוך ללא יציבים. במצבים חמורים, זה יכול לעורר בריחה תרמית, שבה יצירת החום הופכת-לעצמית ומתפשטת מתא אחד למשנהו.
זו הסיבה שמניעת הצטברות חום מוגזמת היא דרישה בסיסית בתכנון סוללות EV ואחסון אנרגיה.
3. ביצועי טעינה מופחתים
טעינה מהירה מציבה עומס תרמי משמעותי על הסוללות.
במהלך טעינת-זרם גבוה, יוני ליתיום נעים במהירות בין אלקטרודות. אם לא ניתן להסיר חום ביעילות, ייתכן שיהיה צורך להפחית את מהירות הטעינה כדי להגן על בריאות הסוללה.
זה יוצר קונפליקט ישיר:
לקוחות רוצים טעינה מהירה יותר.
מהנדסי סוללות צריכים בקרת חום טובה יותר.
ניהול תרמי יעיל עוזר לפתור אתגר זה על ידי הסרת חום במהירות תוך שמירה על טמפרטורות תאים יציבות.
מדוע אחידות הטמפרטורה חשובה לא פחות
אנשים רבים חושבים שקירור הסוללה נוגע רק להורדת הטמפרטורה.
עם זאת, אחידות הטמפרטורה חשובה לא פחות.
ערכת סוללות עשויה להכיל מאות תאים המחוברים יחד. אם אזור אחד של החבילה פועל חם יותר מאזור אחר, התאים האלה יזקנו אחרת.
לְדוּגמָה:
תאים חמים יותר מתכלים מהר יותר
תאים קרירים שומרים על ביצועים טובים יותר
מערכת ניהול הסוללה הכוללת חייבת להגביל את הפעולה בהתבסס על התאים החלשים ביותר
לכן, המטרה של ניהול תרמי סוללה היא לא רק:
"הפוך את הסוללה לקרירה יותר."
המטרה האמיתית היא:
"לשמור על כל תא פועל בטמפרטורה דומה ואופטימלית."
זו אחת הסיבות לכךמערכות קירור נוזליהפכו נפוצים יותר ויותר בחבילות סוללות מודרניות.
קירור אוויר לעומת קירור נוזלי עבור ערכות סוללות
כלי רכב חשמליים מוקדמים ומערכות סוללות-נמוכות השתמשו לעתים קרובות בקירור אוויר כי זה היה פשוט, קל משקל וזול.
עם זאת, ככל שצפיפות האנרגיה של הסוללה ומהירות הטעינה עלו, קירור האוויר המסורתי החל להראות מגבלות.
מגבלות של קירור אוויר
לאוויר מוליכות תרמית נמוכה יחסית לנוזל קירור נוזלי.
אפילו עם מאווררים ותעלות זרימת אוויר, הוצאת כמויות גדולות של חום ממודולי סוללה צפופים הופכת לקשה.
אתגרים נפוצים כוללים:
קירור לא אחיד בין התאים
יכולת קירור מוגבלת
דרישות שטח גדולות יותר
רעש גבוה יותר של מאווררים
קושי לתמוך בטעינה מהירה
עבור יישומים-נמוכים, קירור אוויר עדיין עשוי להתאים.
אבל בשבילסוללות EV בעלות-ביצועים גבוהיםומערכות אחסון אנרגיה, נדרשת יכולת קירור חזקה יותר.
מדוע קירור נוזלי הפך לפתרון המועדף
קירור נוזלימשתמש בנוזל קירור, בדרך כלל תערובת-גליקול מים, כדי להעביר חום מתאי הסוללה.
בהשוואה לאוויר, לנוזל קירור נוזלי יש:
***יכולת חום גבוהה יותר
*** מוליכות תרמית טובה יותר
***יכולת העברת חום יעילה יותר
A צלחת קירור נוזלית עבור ערכות סוללותמותקן מתחת או ליד מודולי הסוללה מספק נתיב העברת חום ישיר.
תא סוללה
↓
חומר ממשק תרמי (TIM)
↓
↓
ערוץ נוזל קירור
↓
מערכת קירור חיצונית
עיצוב זה מאפשר להסיר חום בצורה יעילה יותר תוך שמירה על אחידות טמפרטורה טובה יותר על פני ערכת הסוללות.
עבור סוללות EV מודרניות, מערכות אחסון אנרגיה ויישומי-הספק גבוה,קירור נוזליהפכה לגישה המועדפת לניהול תרמי.
