Analyse des Wärmemanagementsystems des Wärmeübertragungsmediums für Energiebatterien

Eine der Schlüsseltechnologien von New-Energy-Fahrzeugen sind Power-Batterien.Die Qualität der Batterien bestimmt einerseits die Kosten von Elektrofahrzeugen und andererseits die Reichweite von Elektrofahrzeugen.Schlüsselfaktor für Akzeptanz und schnelle Akzeptanz.

Entsprechend den Nutzungsmerkmalen, Anforderungen und Anwendungsbereichen von Leistungsbatterien sind die Forschungs- und Entwicklungstypen von Leistungsbatterien im In- und Ausland ungefähr: Blei-Säure-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien, Nickel-Metallhydrid-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien, Brennstoffzellen usw., wobei die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien die größte Aufmerksamkeit erhält.

Verhalten der Energiebatterie bei der Wärmeerzeugung

Die Wärmequelle, die Wärmeerzeugungsrate, die Wärmekapazität der Batterie und andere verwandte Parameter des Leistungsbatteriemoduls hängen eng mit der Art der Batterie zusammen.Die von der Batterie abgegebene Wärme hängt von der chemischen, mechanischen und elektrischen Natur und den Eigenschaften der Batterie ab, insbesondere von der Art der elektrochemischen Reaktion.Die bei der Batteriereaktion erzeugte Wärmeenergie kann durch die Batteriereaktionswärme Qr ausgedrückt werden;Die elektrochemische Polarisation führt dazu, dass die tatsächliche Spannung der Batterie von ihrer elektromotorischen Gleichgewichtskraft abweicht, und der durch die Batteriepolarisierung verursachte Energieverlust wird durch Qp ausgedrückt.Neben der nach der Reaktionsgleichung ablaufenden Batteriereaktion gibt es auch einige Nebenreaktionen.Typische Nebenreaktionen sind die Zersetzung des Elektrolyten und die Selbstentladung der Batterie.Die dabei entstehende Nebenreaktionswärme beträgt Qs.Da jede Batterie zwangsläufig einen Widerstand aufweist, wird außerdem Joulesche Wärme Qj erzeugt, wenn der Strom fließt.Daher ist die Gesamtwärme einer Batterie die Summe der Wärme der folgenden Aspekte: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.

Abhängig vom konkreten Lade- (Entlade-)Vorgang sind auch die Hauptfaktoren, die dazu führen, dass die Batterie Wärme erzeugt, unterschiedlich.Wenn die Batterie beispielsweise normal geladen ist, ist Qr der dominierende Faktor;und in der späteren Phase des Batterieladens beginnen aufgrund der Zersetzung des Elektrolyten Nebenreaktionen aufzutreten (Nebenreaktionswärme ist Qs), wenn die Batterie fast vollständig geladen und überladen ist. Was hauptsächlich passiert, ist die Elektrolytzersetzung, bei der Qs dominiert .Die Joulesche Wärme Qj hängt von Strom und Widerstand ab.Die üblicherweise verwendete Lademethode wird mit konstantem Strom durchgeführt, und Qj ist zu diesem Zeitpunkt ein spezifischer Wert.Beim Anfahren und Beschleunigen ist der Strom jedoch relativ hoch.Bei HEV entspricht dies einem Strom von mehreren zehn bis mehreren hundert Ampere.Zu diesem Zeitpunkt ist die Joulesche Wärme Qj sehr groß und wird zur Hauptquelle für die Wärmeabgabe der Batterie.

Unter dem Gesichtspunkt der Steuerbarkeit des Wärmemanagements können Wärmemanagementsysteme in zwei Typen unterteilt werden: aktive und passive.Aus Sicht des Wärmeübertragungsmediums können Wärmemanagementsysteme in luftgekühlte, flüssigkeitsgekühlte und Phasenwechsel-Wärmespeicher unterteilt werden.

Thermomanagement mit Luft als Wärmeträgermedium

Das Wärmeübertragungsmedium hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung und die Kosten des Wärmemanagementsystems.Die Verwendung von Luft als Wärmeübertragungsmedium besteht darin, die Luft direkt einzuführen, so dass sie durch das Batteriemodul strömt, um den Zweck der Wärmeableitung zu erreichen.Generell sind Ventilatoren, Zu- und Abluftbelüftung sowie weitere Komponenten erforderlich.
Abhängig von den unterschiedlichen Luftansaugquellen gibt es im Allgemeinen folgende Formen:
1 Passive Kühlung mit Außenluftbelüftung
2. Passive Kühlung/Heizung zur Belüftung des Fahrgastraums
3. Aktive Kühlung/Erwärmung der Außen- oder Innenraumluft
Die passive Systemstruktur ist relativ einfach und nutzt direkt die vorhandene Umgebung.Soll beispielsweise im Winter die Batterie erwärmt werden, kann die heiße Umgebung im Fahrgastraum zum Ansaugen von Luft genutzt werden.Wenn die Temperatur der Batterie während der Fahrt zu hoch ist und die Kühlwirkung der Luft im Fahrgastraum nicht gut ist, kann zur Abkühlung kalte Luft von außen eingeatmet werden.

Für das aktive System muss ein separates System eingerichtet werden, das Heiz- oder Kühlfunktionen bereitstellt und unabhängig vom Batteriestatus gesteuert wird, was ebenfalls den Energieverbrauch und die Kosten des Fahrzeugs erhöht.Die Auswahl verschiedener Systeme hängt hauptsächlich von den Nutzungsanforderungen der Batterie ab.

Thermomanagement mit Flüssigkeit als Wärmeträgermedium

Für die Wärmeübertragung mit Flüssigkeit als Medium ist es notwendig, eine Wärmeübertragungsverbindung zwischen dem Modul und dem flüssigen Medium herzustellen, beispielsweise einen Wassermantel, um eine indirekte Erwärmung und Kühlung in Form von Konvektion und Wärmeleitung durchzuführen.Das Wärmeträgermedium kann Wasser, Ethylenglykol oder auch Kältemittel sein.Durch das Eintauchen des Polstücks in die Flüssigkeit des Dielektrikums erfolgt auch eine direkte Wärmeübertragung, allerdings müssen Isolationsmaßnahmen getroffen werden, um einen Kurzschluss zu vermeiden.

Die passive Flüssigkeitskühlung nutzt im Allgemeinen den Wärmeaustausch zwischen Flüssigkeit und Umgebungsluft und führt dann Kokons für den sekundären Wärmeaustausch in die Batterie ein, während die aktive Kühlung Motorkühlmittel-Flüssigkeitsmedium-Wärmetauscher oder elektrische Heizung/Thermoölheizung verwendet, um die Primärkühlung zu erreichen.Heizung, Primärkühlung mit Passagierkabinenluft/Klimaanlage, Kältemittel-Flüssigkeitsmedium.
Das Wärmemanagementsystem mit Luft und Flüssigkeit als Medium erfordert Ventilatoren, Wasserpumpen, Wärmetauscher, Heizungen (PTC-Lufterhitzer), Rohrleitungen und anderes Zubehör machen die Struktur zu groß und komplex und verbrauchen außerdem Batterieenergie, Array Die Leistungsdichte und Energiedichte der Batterie werden verringert.
(PTC-KühlmittelHeizung) Das wassergekühlte Batteriekühlsystem verwendet Kühlmittel (50 % Wasser/50 % Ethylenglykol), um Wärme von der Batterie über den Batteriekühler an das Kältemittelsystem der Klimaanlage und dann über den Kondensator an die Umgebung zu übertragen.Die importierte Wassertemperatur kann nach dem Wärmeaustausch durch den Batteriekühler leicht auf eine niedrigere Temperatur gebracht werden, und die Batterie kann so eingestellt werden, dass sie im besten Arbeitstemperaturbereich arbeitet.Das Systemprinzip ist in der Abbildung dargestellt.Zu den Hauptkomponenten des Kältemittelsystems gehören: Kondensator, elektrischer Kompressor, Verdampfer, Expansionsventil mit Absperrventil, Batteriekühler (Expansionsventil mit Absperrventil) und Klimaanlagenrohre usw.;Der Kühlwasserkreislauf umfasst:elektrische Wasserpumpe, Batterie (einschließlich Kühlplatten), Batteriekühler, Wasserleitungen, Ausgleichsbehälter und anderes Zubehör.