Wärmemanagementlösungen für Batteriesysteme

Es besteht kein Zweifel, dass der Temperaturfaktor einen entscheidenden Einfluss auf die Leistung, Lebensdauer und Sicherheit von Power-Batterien hat.Im Allgemeinen gehen wir davon aus, dass das Batteriesystem im Bereich von 15 bis 35 °C betrieben wird, um die beste Leistungsabgabe und -aufnahme, die maximal verfügbare Energie und die längste Lebensdauer zu erreichen (obwohl eine Lagerung bei niedrigen Temperaturen die Kalenderlebensdauer verlängern kann). der Batterie, aber es macht wenig Sinn, die Lagerung bei niedrigen Temperaturen in Anwendungen zu praktizieren, und Batterien sind in dieser Hinsicht den Menschen sehr ähnlich).

Derzeit kann das Wärmemanagement des Leistungsbatteriesystems hauptsächlich in vier Kategorien unterteilt werden: natürliche Kühlung, Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung und direkte Kühlung.Unter diesen ist die natürliche Kühlung eine passive Wärmemanagementmethode, während Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung und Gleichstrom aktiv sind.Der Hauptunterschied zwischen diesen drei ist der Unterschied im Wärmeaustauschmedium.

· Natürliche Kühlung
Bei der freien Kühlung gibt es keine zusätzlichen Vorrichtungen zum Wärmeaustausch.Beispielsweise hat BYD die natürliche Kühlung in Qin, Tang, Song, E6, Tengshi und anderen Modellen eingeführt, die LFP-Zellen verwenden.Es wird davon ausgegangen, dass das Nachfolgemodell BYD bei Modellen mit Ternärbatterien auf Flüssigkeitskühlung umsteigen wird.

· Luftkühlung (PTC-Lufterhitzer)
Bei der Luftkühlung wird Luft als Wärmeträgermedium verwendet.Es gibt zwei gängige Typen.Die erste Variante nennt sich passive Luftkühlung, bei der die Außenluft direkt zum Wärmeaustausch genutzt wird.Der zweite Typ ist die aktive Luftkühlung, die die Außenluft vor dem Eintritt in das Batteriesystem vorwärmen oder abkühlen kann.In der Anfangszeit verwendeten viele japanische und koreanische Elektromodelle luftgekühlte Lösungen.

· Flüssigkeitskühlung
Bei der Flüssigkeitskühlung wird Frostschutzmittel (z. B. Ethylenglykol) als Wärmeübertragungsmedium verwendet.In der Lösung gibt es im Allgemeinen mehrere unterschiedliche Wärmeaustauschkreisläufe.VOLT verfügt beispielsweise über einen Kühlerkreislauf, einen Klimakreislauf (PTC-Klimaanlage) und eine PTC-Schaltung (PTC-Kühlmittelheizung).Das Batteriemanagementsystem reagiert und passt sich an und schaltet entsprechend der Wärmemanagementstrategie.Das TESLA Model S verfügt über einen Kreislauf in Reihe mit der Motorkühlung.Wenn die Batterie bei niedriger Temperatur erwärmt werden muss, wird der Motorkühlkreislauf in Reihe mit dem Batteriekühlkreislauf geschaltet, und der Motor kann die Batterie erwärmen.Wenn die Leistungsbatterie eine hohe Temperatur hat, werden der Motorkühlkreislauf und der Batteriekühlkreislauf parallel angepasst und die beiden Kühlsysteme leiten die Wärme unabhängig voneinander ab.

1. Gaskondensator

2. Sekundärkondensator

3. Sekundärkondensatorventilator

4. Gaskondensatorventilator

5. Drucksensor der Klimaanlage (Hochdruckseite)

6. Temperatursensor der Klimaanlage (Hochdruckseite)

7. Elektronischer Klimakompressor

8. Drucksensor der Klimaanlage (Niederdruckseite)

9. Temperatursensor der Klimaanlage (Niederdruckseite)

10. Expansionsventil (Kühler)

11. Expansionsventil (Verdampfer)

· Direkte Kühlung
Bei der Direktkühlung wird Kältemittel (Phasenwechselmaterial) als Wärmeaustauschmedium verwendet.Das Kältemittel kann während des Gas-Flüssigkeits-Phasenübergangsprozesses eine große Wärmemenge aufnehmen.Im Vergleich zum Kältemittel kann die Wärmeübertragungseffizienz um mehr als das Dreifache gesteigert und die Batterie schneller ausgetauscht werden.Die Wärme im Inneren des Systems wird abgeführt.Im BMW i3 kommt das Direktkühlungskonzept zum Einsatz.

 

Zusätzlich zur Kühleffizienz muss das Wärmemanagementschema des Batteriesystems die Konstanz der Temperatur aller Batterien berücksichtigen.PACK besteht aus Hunderten von Zellen und der Temperatursensor kann nicht jede Zelle erkennen.Beispielsweise befinden sich in einem Modul des Tesla Model S 444 Batterien, es sind jedoch nur 2 Temperaturerfassungspunkte angeordnet.Daher ist es notwendig, die Batterie durch Wärmemanagementdesign so konsistent wie möglich zu gestalten.Und eine gute Temperaturkonstanz ist die Voraussetzung für konstante Leistungsparameter wie Batterieleistung, Lebensdauer und SOC.