Režim tepelného manažmentu čistých elektrických vozidiel:
Ponorné chladenie batérie
Pri nových aplikáciách elektrifikácie vozidiel je dôležité chladiť a ohrievať elektrické komponenty, aby sa udržali pri optimálnych prevádzkových teplotách, pretože to zabezpečuje ich dlhú životnosť a výkon. Preto je nevyhnutný vhodný systém tepelného manažmentu. Inými slovami, je potrebné navrhnúť vhodný systém tepelného manažmentu špeciálne pre použité elektrifikačné komponenty.
Ak je prevádzková teplota batérie príliš vysoká, môže dôjsť k strate kapacity batérie a v extrémnych prípadoch k úniku tepla. Ak je prevádzková teplota batérie príliš nízka, môže to viesť k zníženiu účinnosti batérie, zvýšeniu odporu, zníženiu kapacity batérie a tvorbe lítiových dendritov (lítiová vrstva). Lítiová vrstva spôsobí zrýchlené starnutie a zlyhanie jadra batérie.
Cieľom tepelného manažmentu je zabezpečiť, aby systém mal optimálne prevádzkové a bezpečné teploty. Aby sa veci ešte viac skomplikovali, optimálna teplota batériového systému sa môže meniť v závislosti od prevádzkového režimu. Optimálna teplota pri rýchlonabíjaní sa môže líšiť od optimálnej teploty pri jazde alebo parkovaní (parkovaní).
V súčasnosti používané systémy tepelného manažmentu batérií zahŕňajú najmä chladenie vzduchom, nepriame chladenie kvapalinou, priame chladenie kvapalinou (nazývané aj ponorné chladenie) a materiály s fázovou zmenou.
Popis rôznych chladiacich systémov
Vzduchom chladené systémy sú najpoužívanejšie, pretože sa jednoducho navrhujú, sú nákladovo efektívne a nemajú problémy s únikom. Chladenie vzduchu sa delí na aktívny typ využívajúci nútenú konvekciu a pasívny typ využívajúci prirodzenú konvekciu. Vzduch má malú tepelnú kapacitu a nízku tepelnú vodivosť v porovnaní s médiami, ako sú kvapaliny, takže je nepravdepodobné, že by chladenie vzduchom bolo technológiou voľby pre ďalšiu generáciu elektrických vozidiel s väčšími batériami a rýchlejším nabíjaním.
Kvapalinové chladenie možno rozdeliť na dva spôsoby: nepriame a priame. Chladiaca kvapalina má väčšiu tepelnú kapacitu a vyššiu tepelnú vodivosť ako vzduch. Nepriame kvapalinové chladenie je v súčasnosti jedným z najbežnejších riešení tepelného manažmentu batérie vďaka vyváženej regulácii teploty. Najčastejšie používanou chladiacou kvapalinou je zmes vody a etylénglykolu. Princíp nepriameho chladenia spočíva v umožnení prietoku chladiacej kvapaliny cez kanály na spodnej alebo bočnej strane modulu článku/batérie na prenos tepla zo systému.
Chladenie možno zlepšiť použitím špecifických materiálov tepelného rozhrania (TIM). Nevýhodou nepriameho kvapalinového chladenia v porovnaní s chladením vzduchom je zložitosť systému. Viac dielov a kanálov/rúr môže viesť k väčšiemu počtu zlyhaní, väčšej hmotnosti a problémom s netesnosťou.
Ďalšou novou technológiou chladenia je priame kvapalinové chladenie, nazývané aj ponorné chladenie, ktoré úplne ponorí batériu do dielektrickej kvapaliny. Je to nevodivá kvapalina s vysokou odolnosťou voči elektrickému prierazu. Zavedenie tejto technológie znamená, že zložitosť procesu batérie a dizajnu komponentov môže byť výrazne znížená, čo tiež pomáha znižovať hmotnosť a objem systému a výrazne zlepšuje stabilitu a rovnováhu regulácie teploty batérie. Ponorné chladenie môže podľa potreby zohrievať alebo ochladiť batériu bez použitia výmenníka tepla, čo má za následok výrazné zlepšenie účinnosti.
Charakteristiky chladiacej kvapaliny zohrávajú dôležitú úlohu v tepelnom manažmente a mali by spĺňať nasledujúce požiadavky:
Dobrá elektrická izolácia
Vysoká merná tepelná kapacita a vysoká tepelná vodivosť
Nehorľavý a/alebo vysoký bod vzplanutia
Jednoduchá výroba a dostupnosť vo veľkých množstvách
Má vhodný rozsah prevádzkových teplôt
Kvapaliny majú dlhú trvanlivosť
Okrem vyššie uvedených požiadaviek treba pri výbere vhodného ponorného chladiva zvážiť aj materiálovú kompatibilitu, nízku hustotu, nízku viskozitu a šetrnosť k životnému prostrediu
