Das Thermomanagementsystem von rein elektrischen Fahrzeugen sorgt nicht nur für ein komfortables Fahrklima, sondern regelt auch Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Zulufttemperatur im Innenraum. Es überwacht insbesondere die Temperatur der Antriebsbatterie. Diese Temperaturregelung ist für die Sicherheit des Elektrofahrzeugs unerlässlich und eine wichtige Voraussetzung für einen effizienten und sicheren Betrieb.
Es gibt viele Kühlmethoden für Antriebsbatterien, die sich in Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung, Kühlkörperkühlung, Kühlung mit Phasenwechselmaterialien und Wärmerohrkühlung unterteilen lassen.
Eine zu hohe oder zu niedrige Temperatur beeinträchtigt die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien, wobei unterschiedliche Temperaturen unterschiedliche Auswirkungen auf die innere Struktur der Batterie und die chemischen Reaktionen der Ionen haben.
Bei niedrigen Temperaturen ist die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten während des Lade- und Entladevorgangs gering, und die Impedanzen an der positiven und negativen Elektroden/Elektrolyt-Grenzfläche sind hoch. Dies beeinflusst die Ladungstransferimpedanz an den positiven und negativen Elektrodenoberflächen sowie die Diffusionsgeschwindigkeit der Lithiumionen in der negativen Elektrode und somit letztendlich wichtige Kennzahlen wie die Entladeleistung und den Lade- und Entladewirkungsgrad der Batterie. Bei niedrigen Temperaturen verfestigt sich ein Teil des Lösungsmittels im Batterieelektrolyten, wodurch die Migration der Lithiumionen erschwert wird. Mit sinkender Temperatur steigt die elektrochemische Reaktionsimpedanz des Elektrolytsalzes kontinuierlich an, und die Dissoziationskonstante seiner Ionen nimmt ebenfalls ab. Diese Faktoren beeinträchtigen die Ionenbewegungsgeschwindigkeit im Elektrolyten erheblich und reduzieren somit die elektrochemische Reaktionsgeschwindigkeit. Während des Ladevorgangs der Batterie bei niedrigen Temperaturen führt die erschwerte Lithiumionenmigration zur Reduktion von Lithiumionen zu metallischen Lithiumdendriten, was die Zersetzung des Elektrolyten und eine erhöhte Konzentrationspolarisation zur Folge hat. Darüber hinaus können die scharfen Kanten dieses Lithiummetall-Dendriten leicht den inneren Separator der Batterie durchdringen, was zu einem Kurzschluss innerhalb der Batterie und somit zu einem Sicherheitsunfall führen kann.
Hohe Temperaturen führen weder zur Verfestigung des Elektrolytlösungsmittels noch verringern sie die Diffusionsrate der Elektrolytsalzionen. Im Gegenteil, sie erhöhen die elektrochemische Reaktivität des Materials, steigern die Ionendiffusionsrate und beschleunigen die Migration der Lithiumionen. In gewisser Weise tragen hohe Temperaturen also zur Verbesserung der Lade- und Entladeleistung von Lithium-Ionen-Batterien bei. Bei zu hohen Temperaturen beschleunigen sie jedoch die Zersetzungsreaktion des SEI-Films, die Reaktion zwischen dem lithiumhaltigen Kohlenstoff und dem Elektrolyten, die Reaktion zwischen dem lithiumhaltigen Kohlenstoff und dem Bindemittel, die Zersetzungsreaktion des Elektrolyten sowie die Zersetzungsreaktion des Kathodenmaterials. Dies beeinträchtigt die Lebensdauer und die Leistungsfähigkeit der Batterie erheblich. Die genannten Reaktionen sind nahezu alle irreversibel. Durch die beschleunigte Reaktionsgeschwindigkeit verringert sich das für reversible elektrochemische Reaktionen verfügbare Material in der Batterie rapide, was zu einem schnellen Leistungsabfall führt. Steigt die Batterietemperatur weiter über die zulässige Temperatur, kommt es im Inneren der Batterie spontan zu einer Zersetzungsreaktion des Elektrolyten und der Elektroden. Dabei entsteht innerhalb kürzester Zeit eine große Menge Wärme, was zu einem thermischen Versagen der Batterie und deren vollständiger Zerstörung führt. Im beengten Raum des Batteriegehäuses kann die Wärme nur schwer abgeführt werden und staut sich in kurzer Zeit rasant an. Dies kann mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer schnellen Ausbreitung des thermischen Versagens führen, wodurch der Akku rauchen, sich selbst entzünden oder sogar explodieren kann.
Die Strategie zur Temperaturregelung von reinen Elektrofahrzeugen ist: Der Kaltstartvorgang der Antriebsbatterie ist: vor dem Starten des ElektrofahrzeugsBMSDas System prüft die Temperatur des Batteriemoduls und vergleicht den durchschnittlichen Temperaturwert des Temperatursensors mit der Zieltemperatur. Ist die durchschnittliche Temperatur des Batteriemoduls höher als die Zieltemperatur, kann das Elektrofahrzeug normal starten; ist der durchschnittliche Temperaturwert des Sensors niedriger als die Zieltemperatur, …PTC-ElektrofahrzeugheizungZum Starten des Vorheizsystems muss dieses eingeschaltet werden. Während des Heizvorgangs überwacht das Batteriemanagementsystem (BMS) permanent die Batterietemperatur. Sobald die durchschnittliche Temperatur des Temperatursensors den Zielwert erreicht, schaltet sich das Vorheizsystem ab.
Veröffentlichungsdatum: 09. Mai 2024
